HJT异质构叠层钙钛矿光伏电池

光伏电池发电原理

光伏发电是一种把太阳能转化为电能的过程，其发电原理是太阳光照在半导体P-N结上，形成新的空穴-电子对，在P-N结内建电场的作用下，N区的光生空穴流向P区，P区的光生电子流向N区，形成从N到P的光生电动势，从而使P端电势升高，N端电势降低，接通电路后就形成P到N的外部电流。电流可以送往蓄电池中存储起来，也可以直接推动负载工作。

发电原理

二、现有电池威廉希尔官方网站 简介

（一）PERC电池：钝化发射极和背面电池威廉希尔官方网站 已成为行业中的主流威廉希尔官方网站 。PERC威廉希尔官方网站 是通过在硅片的背面增加一层钝化层(氧化铝或氧化硅)，对硅片起到钝化的作用，可有效提升寿命。目前全球产能已经超过200GW，年产量超过150GW。在PERC基础上，如果背面不用铝浆，改成局部铝栅线，可以简单升级成双面PERC结构，双面率可以达到75—85%。对于PERC电池来说，从目前的研究情况来看，量产效率已经提升到23.5%，有望提升到24%。但是再往上提升难度非常大。从成本方面来看，PERC电池的非硅成本已经到0.2元/瓦左右，降本空间有限。从盈利情况看，由于产能的快速扩张，盈利空间有限，电池厂商需要寻找新的方向来拓宽盈利空间，恢复融资能力。

（二）N-PERT电池：钝化发射极背表面全扩散电池是一种全扩散背场钝化结构，通常PN结在正面，结构比较简单，是最早的N型电池，是天然的双面结构，双面率可以达到80—95%，但是在量产效率和成本上已经不具备优势，已经被证明为不经济的威廉希尔官方网站 路线。

（三）N-TOPCon电池：隧穿氧化层钝化接触电池是一种钝化接触结构，前表面与N-PERT太阳能电池没有本质区别，主要区别在于背面。基本原理是在N型硅片背面沉积一层很薄氧化硅，然后再沉积一层重掺杂的多晶硅薄膜，实现背面的钝化接触，提高开路电压，提升转化效率。目前行业里TOPCon的量产效率已经超过24%，双面率相对于PERC略低，但可以通过增加PERC产线的设备来升级，具有一定的空间。

（四）HJT电池：异质结电池的基本原理是在N型硅片基底上采用非晶硅沉积的方式形成异质结并作为钝化层。这种结构的电池开路电压更高，效率也会相应的比较高，同时最外一层有TCO透明导电层。工艺采用的是低温工艺，银浆的温度通常在200度左右，便于采用更薄的N型硅片，使未来有比较大的硅片成本下降空间。目前行业量产效率24%左右，双面率90%以上。现在主要问题是设备与材料的成本比较高，工艺控制难度比较大。

（五）IBC电池：叉指状背接触电池(Interdigitated Back Contact Cell)电池的基本原理是在N型硅片的基础上，前后表面均覆盖一层热氧化膜，以降低表面复合。利用光刻威廉希尔官方网站 ，在电池背面分别进行磷、硼局部扩散，有效消除高聚光条件下的电压饱和效应。由于PN结都在背面做叉指状接触，所以正面没有栅线遮挡，正面受光面积增加，电流也增加。主要问题是工艺比较复杂，成本也比较高。潜在的空间是可以和异质结结合，采用非晶硅钝化层结构或隧穿钝化层来形成HBC结构。

光伏行业现状

2022年底以来，多晶硅料、硅片、电池片和组件价格均呈大幅下降趋势。据中国有色金属工业协会硅业分会：本周以来，各企业硅料成交价格区间略有分化，单晶复投料大部分订单价格在24.0-24.8万元/吨，其余订单价格在22.2-23.2万元/吨。此次降价，仅仅是未来一年甚至数年大变化的起始。

2023年，在光伏降价大背景下，产业里必将出现惨烈的竞争与洗牌，这无疑也是光伏走向主力能源的激烈竞争阶段。

光伏的本质及现状

产业链利润转变

接下来的威廉希尔官方网站 趋势

光伏的本质及现状

太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电，另一种是光—电。光伏发电属于后者，是指利用太阳能光伏电池的光生伏特原理，把太阳的光能直接转化为电能的发电方式。

太阳能热发电的缺点是效率很低，而成本又高。相比之下，太阳能光伏发电的基本装置就是太阳能电池，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。

当许多个电池串联或并联起来，就可以成为有比较大输出功率的太阳能电池方阵。只要太阳在，电池寿命够长，就能一直有电。

由此也能看出光伏发电的一些优点：

经济节能：一般自发自用，多余电力可通过国家电网卖给供电公司，不足时由电网供电，从此节约电费还能拿补贴；

隔热降温：在夏天可以隔热降温3-6度，冬天可以减少热传递；

绿色环保：分布式光伏发电项目在发电过程中，没有噪音，也不会存在光污染，不存在辐射，是真正意义上的零排放、零污染的静态发电。

产业链利润转变

光伏产业制造端由硅产业链、辅材及配套环节构成。

光伏制造端核心关注要素是需求供给规模（含政策）、价格变动和威廉希尔官方网站 迭代。

从需求供给来看：

2008-2018年，光伏行业由政策决定需求，硅料环节供大于求导致近10年残酷竞争，这个过程中不断有新威廉希尔官方网站 出现，拉动成本快速下降；

2020年以来，光伏需求回升→硅料产能瓶颈决定组件供给→硅料环节留存大头利润→硅料扩产→供过于求→硅料降价→产业链降价→进一步提升需求；

展望2023年，硅料进入以年为计的跌价周期，光伏终端成本下降，带动集中式光伏电站、整县推进和分布式光伏需求提升。

硅料跌价是供给增量导致，也是整个产业共同的期待。据硅业分会和各公司公告数据显示，预计2023年我国多晶硅产能可达240万吨/年，国内企业产量可达146万吨，市场仍以看跌趋势为主。

产业链驱动力改变，利润最高的环节会改变吗？

硅料方面，一直占据产业链一半以上利润，去年12月以来，随价格下跌供给瓶颈解除而有所收窄；

硅片方面，跟随硅料价格变动较大，曲线几乎一致；

电池方面，主要是因大尺寸比例持续提升，去年新产能投建相对缓慢，需求有结构性变化而供给较少，因此盈利逐季向上不断超预期。

然而光伏的产业历史一再证明，“产业一片大好”并不适用于所有玩家，“好日子”也并不适用于产业链不同环节的任何梯队。接下来，那些拥有垂直一体化实力的规模企业，必将凭借其强大的综合能力强势抢占市场。

接下来的威廉希尔官方网站 趋势

IEA认为，到2027年，光伏累计装机量将超越其他所有电源形式，2030年度全球光伏系统新增装机容量将达到650GW。

回顾光伏产业的威廉希尔官方网站 路线看：

2008年冷氢化威廉希尔官方网站 的突破大幅降低了光伏生产成本，奠定了晶硅的主流路线；

2015年以来的单晶替代潮提升了光伏发电效率，同时生产成本下降，有效扩大了行业需求；

近7年来组件封装威廉希尔官方网站 不断进步，双面、半片、多主栅等威廉希尔官方网站 的普及提升了组件功率，提升了光伏发电的竞争力；

目前行业主流厂商均在进行电池片威廉希尔官方网站 的研发/量产，TOPCon路线量产规模最大，有望成为短期主流；HJT其次，有望结合薄膜电池，进入新的威廉希尔官方网站 形态；IBC路线逐步走向商业化应用。

相较晶硅，N型电池中HJT电池结构独特、钝化机制优异，量产平均转换效率优于PERC与TOPCon，并有生产良率高、损伤小、双面率高、温度系数低、衰减率低、更适合钙钛矿叠层和薄片化等多重优势。

钙钛矿具理论效率更高、理论成本更低、发电量更高、应用场景更广四大优势。

随着威廉希尔官方网站 进步，更高性能的光伏电池威廉希尔官方网站 进入量产，将带动光伏发电成本进一步下降。

HJT异质构光伏

什么是异质结威廉希尔官方网站

海螺建筑光伏异质结电池片结构

一、属性类别

异质结电池是一种利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太阳电池。

二、工艺结构

异质结电池是以N型单晶硅(C-Si)为衬底光吸收区，经过制绒清洗后，其正面依次沉积厚度为5-10nm的本征非晶硅薄膜(i-a-Si: H)和掺杂的P型非晶硅(P-a-Si:H)，和硅衬底形成p-n异质结。硅片的背面又通过沉积厚度为5-10nm的i-a-Si:H和掺杂的N型非晶硅(n-a-Si:H)形成背表面场，双面沉积的透明导电氧化物薄膜(TCO)，最后通过丝网印刷在两侧的顶层形成金属基电极。

三、制作流程

HJT电池简介

（一）HJT电池的发展进程和基本结构

自1974年Waler Fuhs首先提出了非晶硅与晶硅材料结合的HJT结构开始，HJT电池的发展进入起始阶段。1989年三洋集团首次成功开发了运用HJT结构的太阳能电池，并申请专利，效率达到15%。1997年三洋为HJT申请注册商标，并开始提供商业化光伏组件，HJT电池进入初步发展阶段。2010年后，松下对HJT电池的专利保护结束，各电池厂商们迎来了大力发展该威廉希尔官方网站 的机会，HJT电池进入工业生产阶段，在这个阶段中，HJT电池的转换效率不断提升，2017年HJT电池迈入商业化阶段，关注进入HJT行业的公司增加，进入小批量生产阶段，随着100MW规模以上产能投入运营的数量持续增加，预计未来HJT电池还将获得不断的发展。截至2021年2月，HJT电池的最高实验室效率已达到29.52%，量产效率达到24.53%。

HJT电池首先在N型单晶硅片（c-Si）的正面沉积很薄的本征非晶硅薄膜（i-a-Si:H）和P型非晶硅薄膜（p-a-Si:H），然后在硅片的背面沉积很薄的本征非晶硅薄膜（i-a-Si:H）和N型非晶硅薄膜（n-a-Si:H）形成背表面场，再在电池的两面沉积透明氧化物导电薄膜(TCO)，TCO不仅可以减少收集电流时的串联电阻，还能起到减反作用，最后在TCO上制作金属电极。

HJT电池结构

（二）HJT电池的生产工序

HJT威廉希尔官方网站 有四道工序，分别为清洗制绒、非晶硅薄膜沉积，TCO薄膜制备和丝网印刷。其中清洗制绒和丝网印刷都是传统硅晶电池的工艺，HJT独特的工艺在于非晶硅薄膜沉积和TCO膜的沉积。

1.清洁制绒。硅片经过前期的工序加工后，表面可能受到有机杂质、颗粒、金属离子等沾污，在制作电池的第一步都是对硅片进行清洗，同时为了增加对光的能量吸收以及提升钝化效果，在硅片表面腐蚀出金字塔形貌以作为陷光结构也非常重要。异质结电池要形成高钝化的a-Si:H/c-Si（n）界面，硅面表面清洁度要更高。

在对硅片进行湿法处理之前有三个步骤，分别是去除硅片切割过程的损伤、制绒和表面清洁，目的是除去有机物的金属杂质。清洗主流工艺为RCA法。RCA法最早由美国Radio Corporation of America研发用于半导体晶圆清洗工艺，该工艺包含SC1和SC2两个步骤，分别使用NH4OH、H2O2和HCI、H2O2。

由于NH4OH和H2O2本身的挥发性较强，而RCA工艺温度高于60摄氏度更是加剧了其挥发，从而引起更高的清洗成本。另外一种新的清洗工艺是以臭氧法，臭氧去离子水（DIO3）不仅可以更高效地去除有机杂质和金属杂质，同时减少化学品的消耗，而且不会产生含氮废水。根据测算，臭氧清洗的异质结电池转化效率比RCA最高可高出绝对值0.45%，臭氧清洗工艺已于2015年开始在异质结规模化生产中进行推广，但在国内的应用还不广泛。

2.非晶硅薄膜沉积。非晶硅薄膜沉积是HJT电池生产过程中最关键的步骤，因为其决定了HJT电池钝化的有效性，而钝化效果是转换效率提升的保证。该过程涉及在硅片两侧沉积本征非晶硅薄膜和沉积极性相反的掺杂非晶硅薄膜。非晶硅薄膜沉积过程中化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition）是主流工艺，其中以PECVD（离子体增强化学气相沉积）和Cat-CVD（热丝化学气相沉积）为主。

目前PECVD是主流，Cat-CVD具有潜力，PECVD是等离子体增强化学的气相沉积法，这种方法具备基本温度低，沉积速度快，成膜质量好等优点。PECVD方法使用源气体分子与电子之间的碰撞，即三维空间中各点之间的碰撞，而Cat-CVD方法使用气体分子与催化剂主体表面之间的接触。

过程为将气体分解为中性基团，对硅片表面无轰击，比较柔和，相较于PECVD所得的非晶硅薄膜中氢含量更高，有利于钝化效果提升，从这一角度来看，Cat-CVD方法的潜力比PECVD大得多。此外，Cat-CVD对于源气体的利用率在80%以上，而PECVD目前仅为10%-20%，而且Cat-CVD理论上可在热丝两侧同时沉积，生产速度更快。

但制约Cat-CVD大规模生产应用的原因是其存在着催化剂表面逐渐变性问题以及原料气和催化剂种类组合等问题，均匀性较差，热丝需要周期性更换，更换周期小于一个月，这增加了Cat-CVD设备的运行成本，未来需不断改善工艺，延长热丝寿命。

3.TCO薄膜沉积。制备透明导电氧化层（TCO）薄膜，是用作减反射层和横向运输载流子至电极的导电层。TCO最关键的指标是透过率和电阻率，透过率越高且电阻率越低，对于入射光的利用和转换效率越好。透过率与电阻率对立，导电性好意味着载流子浓度高，而载流子浓度高会造成近红外区域吸收增加，则透过率降低。

制备TCO目前有PVD和RPD两种方式，更主流的为PVD（Physical VaporDeposition）即物理气相沉积，其基本原理是辉光放电产生的氩离子轰击阴极靶材，靶材被溅射出来而沉积到基板表面。RPD（Reactive plasma deposition）即反应等离子体沉积，是由日本住友公司开发的一种低温、低损伤TCO薄膜镀膜工艺，其制备的TCO薄膜结构更加致密、结晶度更高、导电性和透光性更好。但目前住友公司对RPD核心设备具有垄断优势，能带来0.5%左右的效率提升，但其成本相对较高。

4.丝网印刷。由于HJT电池的工艺温度限制在200摄氏度以内的低温环境中，所以传统的高温烧结生产工艺并不适用于HJT电池的生产。目前主要的手段包括以下两个，一个是丝网印刷，这是太阳能电池金属化的主要手段，是目前常用的工艺，成熟度较高，与常规P型电池差别不大，主要区别在于印刷后的固化阶段。HJT所用银栅线是靠浆料中的有机高分子成分在固化炉中将栅线粘附在电池表面和TCO形成良好接触，所以只能在200摄氏度以内完成，持续时间较长需要几十分钟。

而常规P型电池只需要在800℃高温烧结几秒即可。另一个是电镀法，这是用光刻的方式得到良好的栅线图案，主要材料为铜，成本较低，栅线结构可控性高，电池的串联电阻小，但电镀铜工艺流程长，威廉希尔官方网站 复杂，对污水处理要求较高。因此目前行业主流采用的仍为丝网印刷。

HIT电池生产工艺

相比于传统的PERC电池生产工艺以及TOPCon电池工艺，HIT电池的工艺制程相对较短，只有四大环节，依次是清洗制绒、非晶硅沉积、TCO沉积、丝印固化。

图4. 三种量产电池工艺流程对比

资料来源：梅耶伯格，招商证券

1. 清洗制绒

与常规P型或者N型电池制造工艺类似，HIT电池也是以清洗制绒为电池制造的第一步，这一步骤的主要目的是清除N型衬底表面的油污和金属杂质，去除机械损伤层，形成金字塔绒面，陷光并减少表面反射。

2. 制备非晶硅薄膜

硅片在PECVD设备中制作钝化膜和PN结。HIT电池高效率的根源在于本征非晶硅薄膜优良的钝化效果。由于晶硅衬底表面存在大量的悬挂键，光照激发的少数载流子到达表面后容易被悬挂键俘获而复合，从而降低电池效率。此外，通过在硅片正面和背面沉积富氢的本征非晶硅薄膜，可以有效地将悬挂键氢化并降低表面缺陷，从而显著提高少子寿命，增加开路电压，最终提高电池效率。

虽然每一层膜的厚度只有4-10nm，每1-2nm实现的功能和制备工艺却大不相同，因此本征和掺杂非晶硅薄膜需要在多个腔体中完成，PECVD中需要导入多腔室沉积系统。

图5.HIT电池非晶硅薄膜PECVD工艺图

资料来源：迈为股份，招商证券

3. 沉积金属氧化物导电层（TCO）

图6.镀膜威廉希尔官方网站 分类

资料来源：新型TCO材料在光伏行业的应用前景

硅片沉积完非晶硅薄膜之后就进入SPUTTER(磁控溅射)或者RPD（离子反应镀膜）设备，沉积透明金属氧化物导电膜TCO。TCO纵向收集载流子并向电极传输。由于非晶硅层晶体呈无序结构，电子与空穴迁徙率较低，且横向导电性较差，不利于光生载流子的收集。因此需要在正面掺杂层上方沉积一层75-80nm厚的TCO，用于纵向收集载流子并向电极传输，TCO同时可以减少光学反射。

图7.SPUTTER磁控溅射原理图

资料来源：新型TCO材料在光伏行业的应用前景

图8. RPD离子反应镀膜原理图

资料来源：新型TCO材料在光伏行业的应用前景

TCO膜在可见光范围内（波长380-760nm）具有80%以上的穿透率，且电阻很低，其成分主要为In、Sb、Zn、Sn、Cd及其氧化物的复合体。目前应用最广泛的是ITO，SCOT，IWO，AZO。TCO制备存在SPUTTER(磁控溅射)或者RPD（离子反应镀膜）两种工艺，目前由于成本考虑大多选择SPUTTER(磁控溅射)工艺。

图9. 磁控溅射工艺与RPD离子反应镀膜工艺对比

资料来源：CNKI

4. 丝印固化

HIT电池生产的最后一步是丝印固化，制备金属电极并固化。考虑到HIT是低温工艺，不区分正银和背银，因此丝网印刷加低温固化的工艺相对比较简单，但是这一特性的缺点之一就是价格较高且消耗量较大，因此目前业内也有部分企业尝试使用镀铜工艺来制作电极。因为在镀铜工艺中不会使用到银浆，成本较为低廉。但即便如此该工艺也并未被广泛应用，因为工艺非常复杂，且废液排放存在严重的环保制约，使其推广受到了限制。

四、HJT电池的优势

（一）HJT电池工艺流程简洁。目前市场上主流的电池威廉希尔官方网站 PERC需要8-10道工序，而HJT威廉希尔官方网站 只有四道工序，大大减化了制备流程，未来更容易实现产业化和流程化。

（二）薄膜沉积工艺带来巨大的发展潜力。由于HJT电池采用的是薄膜沉积工艺，这就使得其可以和IBC或者钙钛矿电池结合，威廉希尔官方网站 的相融性决定了其具有很大的发展潜力。IBC和HJT的结合结构是采用非晶硅钝化层结构或隧穿钝化层来形成HBC结构，HBC电池同时具备了IBC电池的高短路电流以及HJT电池的高开压，实验室转换效率高达26.63%，其发展潜力已得证明。钙钛矿和HJT的结合能够更加高效地利用太阳光中高能的蓝光部分，理论转换率的极限为43%。截至2021年2月，牛津光伏公司在其实验室的钙钛矿硅异质结串联结构电池的效率再创新高，达到29.52%。在量产方面，截至2021年2月，国家电投中央研究院所属新能源科技有限公司研发的、具有完全自主知识产权的“高效晶体硅铜栅线异质结光伏电池（C-HJT）”最高量产效率已达24.53%。

（三）高开路电压带来强大的效率优势。效率是光伏电池的核心竞争力，从威廉希尔官方网站 原理来看，电池转换效率的决定因素由开路电压、短路电流和填充因子构成，HJT 电池的核心优势在于良好的钝化带来的开路电压高，从而带来效率的优势。开路电压是决定电池的效率重要因素之一。获得更高开路电压的两个途径为：更低的载流子复合速率即避免少数载流子与多数载流子发生复合、更低的接触阻抗即促进多数载流子有效运输。目前主流的PERC电池威廉希尔官方网站 与传统BSF威廉希尔官方网站 相比增加了氧化铝背钝化和激光开槽两道工艺，即利用场钝化削弱了BSF背面直接与Si接触带来的载流子复合严重的问题，开路电压的极限从685mV提升到690mV，而HJT威廉希尔官方网站 则使用非晶硅薄膜作为钝化材料。避免最外层TCO薄膜中的载流子复合速率高和非硅晶薄膜接触电阻率高这些缺点。从而结合了TCO薄膜接触电阻率低和非硅晶薄膜载流子复合速率低的优点，实现载流子的一维运输的同时减少了向金属接触区域迁移导致的损失，开路电压可提升到740-750mV。

（四）无光衰问题使HJT具有长期发电增益。在实际使用过程中，光衰问题是电池的重大问题。电池的效率会受光衰的影响，不会一直保持最佳状态，从而导致每年发电量的递减。PERC电池采用P型硅片，传统工艺为掺硼形成，新工艺为掺镓形成。掺硼的工艺会导致形成硼氧复合体BO-LID进而引起光衰现象，甚至PERC单晶电池的首年衰减比光电转化效率相对较低的多晶电池还高出0.5%。而由于N型硅片掺磷，不存在硼氧复合体，由此导致的光衰几乎可以忽略。组件的预期寿命长达25年，因此光衰参数的差异在长期中将会放大，对光伏电站的收益将产生影响。根据实测数据，在使用同是22%效率的PERC电池组件和异质结电池组件，异质结双面组件发电量比高效单晶PERC单面组件发电量高20%-30%左右，比高效单晶PERC双面组件发电量高10%。当考虑到光伏组件全生命周期时，发电增益的优势更为明显。

（五）HJT电池温度系数更低，效率更高。通常情况下，电池片温度每升高1摄氏度，常规单晶电池的温度系数为-0.42%，PERC电池-0.37%，PERC有所改善但幅度并不大。异质结电池的温度系数仅为-0.25%。而HJT电池本身的效率就更高，功率更高，因而高温的功率损失更低，比较优势更为突出。

N型化浪潮推动新一轮威廉希尔官方网站 迭代，HJT电池厚积薄发

HJT电池具有多种优势，有望成为下一代主流N型电池威廉希尔官方网站 。目前PERC量产效率23.5%，已接近理论极限24.5%，效率提升空间有限。围绕降本增效的第一性原理，效率更高的新型电池蓄势待发，以TOPCon、HJT为首的N型电池理论效率在28%以上，高电池效率可以显著提升组件功率并摊薄各项成本。N型电池中HJT电池结构独特、钝化机制优异，量产平均转换效率优于PERC与TOPCon，并有生产良率高、损伤小、双面率高、温度系数低、衰减率低、更适合钙钛矿叠层和薄片化等多重优势。

HJT降本提效进行时，提效、薄片化、少银化是重点

HJT当前成本仍高于PERC，但提效降本增效路径已明晰。产业已有微晶化、使用UV转光膜、铜电镀手段进行提效。降本主要分为硅成本和非硅成本：

1）电池薄片化可降硅成本：HJT凭借双面对称结构+优异钝化效果，薄片化空间较大，120-130um厚度硅片导入在即，24年有望减薄至100um；

2）非硅降本主要通过降低银浆、靶材和设备成本：目前已有0BB、电镀铜、银包铜多种手段降低银耗，其中0BB进展较快，导入后银耗有望降至12mg/W电镀铜则是颠覆性无银化威廉希尔官方网站 。

此外，靶材成本可通过优化设备、回收利用、叠层设计、使用无铟材料大幅降低，设备投资额也有望通过规模效应+零部件国产化进一步下降。

多路径降本下经济性渐显，HJT产业化将至

多路径降本下，我们预计23年HJT组件端成本有望打平PERC。随着HJT经济性逐步凸显，各路玩家纷纷入局，我们预计23年HJT新增产能将达60GW以上。

新威廉希尔官方网站 发展初期设备先行，中长期关注威廉希尔官方网站 领先电池厂商

设备先行是新威廉希尔官方网站 发展初期的重要逻辑，设备商有望率先兑现业绩。当前HJT单GW设备投资额高达3.5-4亿元/GW，设备商市场空间较PERC和TOPCon更为广阔，HJT设备厂商值得关注，颠覆性威廉希尔官方网站 电镀铜亦有巨大想象空间。

中期维度上，威廉希尔官方网站 红利期间领先电池厂有望实现超额收益，HJT凭借更高的效率、更高的双面率、更低的温度系数，有望较PERC和TOPCon形成销售溢价，23年 HJT成本打平PERC后，领先电池厂有望享受威廉希尔官方网站 领先带来的超额收益。

01HJT结构优异，具备多重优势

1.1 HJT钝化机制优异，理论电池效率高

HJT太阳电池是一种利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太阳电池。就电池结构而言，HJT电池以N型晶硅作为衬底，经清洗制绒后，在正面依次完成本征非晶硅薄膜与P型非晶硅薄膜的沉积，形成P-N结。而后在硅片的背面依次沉积较薄的本征非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜形成背表面场。为了解决非晶硅导电性较差的问题，需在电池的两侧沉积透明氧化物导电薄膜（TCO）。最后则需利用丝网印刷等威廉希尔官方网站 完成金属电极化。

HJT理论极限效率较高。据ISFH和隆基测算数据，PERC、TOPCon与HJT电池的理论极限转换效率分别为24.5%、28.7%和28.5%。HJT在极限效率方面大幅领先PERC，略落后于双面TOPCon。但TOPCon电池实现双面多晶硅钝化的难度较大，尚未有厂商克服这道威廉希尔官方网站 难关，而目前生产的背表面单面钝化的TOPCon电池极限效率仅有27.1%，低于HJT。

1.2 除效率高外，HJT还具备良率高、双面率高、温度系数低等多重优势

相较PERC和TOPCon，HJT电池具备七大明显的优势，使其有望率先从现有的电池片威廉希尔官方网站 中脱颖而出，成为未来市场的主流。

(1)生产工艺流程短→更高良率和更低人工、运维成本：HJT的核心工艺流程仅有4步，即清洗制绒、非晶硅薄膜沉积、TCO膜沉积、金属电极化，相较PERC和TOPCon电池大幅简化。较短的工艺流程有助于提升生产良品率，同时可降低人工、运维等成本。

(2)采用低温工艺→更小热损伤：HJT全程在200℃以下的环境中制成，对比之下PERC扩磷环节温度需高于850℃，TOPCon扩硼环节温度则在1100℃以上。低温工艺有助于减少硅片制备过程中的热损伤并节约燃料。

(3)双面率高→更高发电量：HJT电池为双面对称结构，电池双面率最高可达90%；而PERC和TOPCon在制备过程中均需要对硅片进行背面抛光，双面率最高仅可达到75%和85%。更高的双面率可以提升HJT背面发电量。

(4)温度系数低→更高发电量：HJT的温度系数为-0.24％/℃，比PERC( -0.35％/℃)和(TOPCon -0.30％/℃ )更低，因此，HJT在高温环境下的能耗损失更少，发电量更高。

(5)衰减率低→更高发电量：HJT的首次衰减为1%、线性衰减为0.25%，低于PERC和TOPCon，这主要是由于HJT无PID和LID效应，在25年的长生命周期内，HJT发电更高。

(6)更适合钙钛矿叠层→提效潜力更大：HJT电池主要吸收红外光，而钙钛矿电池对短波到可见光波长的光波利用率较高，两者叠层完成了吸收光谱的“兼收并蓄”，能够打开理论转换效率的天花板。

(7)更易实现薄片化→降本空间更大：HJT的双面对称结构，降低了硅片的机械应力，提高了制备过程的整片率；低温工艺亦减少了硅片受热发生翘曲的可能，更有利于薄片化的进行。

02HJT提效降本路径明晰，多方合力推进

三大路径助力降本，提效、薄片化、银浆成本是重点突破口。HJT电池降低成本可分为三大路径：

1）提升电池效率摊薄成本，主要通过微晶化、使用UV转光膜、铜电镀实现；

2）减薄硅片厚度，降低硅片成本；

3）降低非硅成本，而根据CPIA和PV-Tech数据，非硅成本占比较大的是银浆、靶材和折旧，其中银浆占比最大。

浆料价格主要依赖国产替代，目前高温银浆基本实现国产化，但低温银浆仍国产化不足。浆料耗量则为产业内降低银浆的重要突破口，包括用铜替代银（银包铜和电镀铜）、优化栅线（MBB和0BB）、改进印刷（激光转印和钢板印刷）。

靶材降本则主要通过设备+叠层+回收+少铟/无铟化。

此外，设备端目前已实现国产化，但单GW设备投资额仍达3.5-4亿元，未来将通过规模效应+零部件国产化进一步降本。

2.1 提效：微晶提升电池效率，转光膜助力组件发电量提升

#1微晶：双面微晶可提升电池效率0.8pct上

得益于更好的光学性能和电学性能，微晶化可进一步提升HJT效率。微晶硅是指在非晶硅网格中存在大小10nm的晶粒。微晶硅与非晶硅相比具有更好的光电性能，能够进一步提升电池效率，原因是：

1）光学带隙宽，微晶硅具有连续可调的光学带隙，其带隙变换范围为1.12ev-2.4ev。吸收的光谱范围可扩展到红外部分；

2）电导率高，因为微晶里有着大量的结晶硅晶粒，能较大提升微晶的电导率。目前单面微晶已经量产，电池效率提升约0.5-0.6pct，双面微晶可在单面微晶基础上再提效0.3pct，后续随着工艺优化，预计仍有继续提效空间。目前已有设备商交付设备，据下游的公司公告数据，单面微晶平均效率已超24.7%，较好的可达25%以上。双面微晶可进一步提效，电池效率将达25.5%以上。

#2转光膜：提升组件功率1.5%-2%

此前封装方案包括高透膜和UV截止膜两类，高透膜组件易衰减，截止膜组件功率低。据SLAC和NREL团队研究，与其他类型的电池相比，HJT电池片的非晶硅/微晶硅层更易受到紫外线辐射破坏而在表面产生缺陷，从而导致组件衰减。此前封装方案包括高透膜和UV截止膜两类，但各自均存在一定缺陷：

1）高透膜：不过滤紫外线，组件初始功率较高，但随着户外使用时间变长，组件功率会快速衰减；

2）UV截止膜：当前主流封装方案，过滤全部的紫外线，虽然能够显著降低衰减速度，但HJT电池片本身能够响应一定程度的紫外线，将紫外线过滤后也相应地降低了HJT组件的初始功率。

UV转光胶膜助力HJT破除困局，组件端功率可提升1.5%以上。

2.2 降本之硅成本：薄片化持续推进，HJT具备更大减薄空间

HJT结构更适于薄片化。相较PERC和TOPCon，HJT减薄空间更大：

1）良好的双面对称结构能更好适应机械应力，降低硅片碎片率；

2）低温工艺也避免了高温工艺中曲翘、碎片等问题；

3）HJT钝化效果更好，薄片后开路电压提升弥补短路电流下降，整体效率不受明显影响。

据薄片测试数据，硅片厚度从140μm减至100μm的过程中，电池效率维持稳定，基本保持在25.2%左右。根据CPIA，2021年HJT主流硅片厚度约150μm，厚度下降空间广阔，硅片厂商也纷纷加快薄片化进程，当前龙头玩家HJT厚度已达130um，较PERC和TOPCon厚度均领先，据我们测算，硅片厚度每下降10um，单瓦硅耗降低约0.1g/w，以硅料价格不含税100元/kg测算，硅片厚度每下降10um硅成本降低0.01元/w。

2.3 降本之非硅成本#1：0BB、电镀铜、银包铜齐头并进助力少银化

2.3.1银浆在非硅成本中占比高，银耗银价均有大幅下降空间

非硅成本中银浆占比50%。HJT非晶硅只能在小于200°C的低温环境制备，故传统晶硅电池的高温银浆不适合HJT电池。目前HJT行业均采用树脂固化的低温银浆制作电池电极。银浆成本高主要由两大原因导致。

1）低温银浆不经过高温烧结，低温工艺下电极残留的其他成分导致电阻率偏高、导电性能偏差，故须增大银浆用量进而降低电阻；同时，HJT为双面结构且双面都需要用纯银，不像PERC电池背面可用银铝浆，所以HJT电池银耗量较高。据PV-Tech数据，2022年HJT电池银耗量为在18-20mg/W左右，大幅高于PERC电池银耗量10mg/W和TOPCon电池银耗量13mg/W；

2）低温银浆威廉希尔官方网站 目前为日本供应商垄断，未能实现全面全国化，较高温银浆存在溢价。

未来银浆价格和耗量均有较大下行空间：

1）价格方面，低温银浆国产化有望快速降低银浆价格。传统高温银浆厂商积极布局低温银浆，目前已初见成效，随着国产化进程加快，银浆价格有望进一步降低。

2）耗量方面，0BB、银包铜、电镀铜、钢板印刷、激光转印等金属化工艺革新进步是降低银耗的关键驱动力，其中银包铜和0BB推进较快，根据中科院电工所数据，0BB威廉希尔官方网站 应用后银浆耗量有望下降至12mg/W，电镀铜则为颠覆性威廉希尔官方网站 ，可以实现完全无银化，目前尚以小批量产能为主，规模化产能或将于24年形成。

2.3.2银包铜：用铜部分替代银，降银效果明显

银包铜威廉希尔官方网站 符合降本增效趋势。银包铜工艺是通过将银覆盖在铜粉表面来减少银的用量，若银、铜的比例控制得当，可在降低银浆成本的同时取得良好的转换效率。目前银包铜主要应用于背面副栅。根据预测，随着23年银包铜全面导入后，单瓦银耗可降至10mg/w，降本空间可期。

2.3.3电镀铜：完全去银的突破性威廉希尔官方网站

电镀铜为完全去银突破性威廉希尔官方网站 。电镀铜是一种非接触式的电极金属化威廉希尔官方网站 ，在基体金属表面通过电解方法沉积金属铜制作铜栅线，收集光伏效应产生的载流子。跟传统威廉希尔官方网站 相比，主要差异在于铜电镀威廉希尔官方网站 使用铜做电极而不是银。

铜电镀与传统丝网印刷的差异主要在TCO膜制备工序之后，传统异质结产线在TCO膜制备之后通过丝网印刷制备电极，而铜电镀则在TCO镀膜后主要经过图形化和金属化两道工序制备铜栅线。电镀铜工艺核心为图形化与金属化，各工序都存在较多方案：

#1图形化：包括镀种子层、制备感光胶层、曝光显影三步

1） 镀种子层。若直接在TCO膜层上电镀铜，铜栅线与TCO膜层之间附着力差且存在脱栅问题，故需要先使用PVD设备在硅片TCO表面溅射一层100nm的铜种子层来提升附着性能。同时，亦有厂商使用无种子层方案，例如迈为股份与Sun Drive自2021年起合作研发的HJT电池均在无种子层电镀设备上完成。

2） 制备感光胶层。感光胶又可分为干膜和湿膜两大类：

1）干膜是一种负性低成本光刻胶，通过紫外线照射能产生聚合反应（由单体合成聚合物的反应过程），形成一种稳定的物质附着于板面，从而达到阻挡电镀和蚀刻的功能。通过贴膜机，干膜可以通过卷对卷热压，一次在电池双面覆盖，工艺简单，但成本相对较高；

2）湿膜一般为感光油墨，可对紫外感应并固化，主要使用油墨印刷机处理。印刷的过程直接形成栅线图案，印刷后只需要用紫外或热烘烤固化完成即可进行电镀，精细度较干膜稍差，但成本更低，适合于大规模自动化生产。

3）曝光显影。主要为光刻威廉希尔官方网站 ，经过处理、曝光、显影后将感光胶上图形显现出来。根据是否使用掩膜版，光刻威廉希尔官方网站 主要分为掩膜光刻与直写光刻：

1）掩膜光刻由光源发出的光束，经掩膜版在感光材料上成像，光刻图形化线路精准度高，但由于使用材料包含光阻干膜、光罩及显影剂等昂贵材料，不利于量产及降低生产成本；

2）直写光刻也称无掩膜光刻，是指计算机控制的高精度光束聚焦投影至涂覆有感光材料的基材表面上，无需掩膜直接进行扫描曝光。直写光刻在光刻精度、对位精度、良品率、环保性、生产周期、生产成本、柔性化生产、自动化水平等方面均具有优势，但其激光头价格较高。

4）激光开槽。除光刻路线外，图形化还可使用激光开槽工艺，采用激光去除位于导电金属层待电镀区域上的绝缘掩膜层，以露出导电金属层的待电镀区域，直接形成图形化掩膜，以此便于后续对导电金属层的待电镀区域进行电镀工艺的施工。激光开槽工艺流程简单，省去了曝光显影等步骤，但由于激光能量不易控制，若开槽激光能量不足会导致无法形成良好的开槽形貌，若激光功率过大则会损伤TCO膜层，且激光的高温可能会损伤HJT的非晶硅层，故当前激光开槽工艺尚不适合HJT电池电镀应用。

#2金属化：包括电镀铜和后处理两步，电镀可分为水平镀和挂镀

1）电镀铜。在硅片正、背面的栅线图案上电镀铜，形成铜栅线电极，根据电池片的放置及传送方式分为水平和垂直电镀。1）水平电镀：电池片在电镀槽中为水平的链式传输，其中滚轮旋转带动电池片移动，其中一侧滚轮为导电材料形成电镀系统的阴电极。电池在水平传输过程中与阴电极滚轮保持连续的或几乎连续的接触，实现电镀；2）垂直电镀：电镀槽具有用于待镀产品通过的电镀通道，电镀通道内适于容纳电镀液，所述电镀通道的一端为电镀进口，所述电镀通道的另一端为电镀出口，电镀通道的上方具有用于钢带通过的输送空间。钢带用于垂直悬吊待镀产品，通过钢带的驱动以使待镀产品依次穿过电镀槽的电镀进口和电镀出口，实现电镀。

水平电镀性能更优，但仍有较多问题需要解决。相较垂直电镀，尽管水平镀膜尚存在工艺设计难度高等问题，但优势已较为明显，主要包括：

1）省去了电镀设备进出料端电池片在水平方向与垂直方向之间的转换过程，生产效率更高；

2）不使用挂具，降低了破片率；

3）通过平躺流片的方式，改善了电镀不均匀的问题，降低电镀液使用量。

2）后处理。去除感光胶层和种子层等。通过碱性溶液，去除硅片正、背面的感光胶层，通过金属蚀刻溶液，去除硅片正、背面的铜栅线区域外的铜种子层。

铜电镀威廉希尔官方网站 相较银浆丝网印刷威廉希尔官方网站 ，可以同时兼顾降本和提效。提效端：铜电镀当前效率较银浆提升0.2%，随着工艺优化，预计未来电镀铜较银浆可以提效0.3%-0.5%，其原理是铜电镀可以减少光学损失和电学损失：

1）银浆是混合物，而铜栅线是纯铜，故铜栅线的电阻率比银浆低；

2）铜栅线线宽较细，而低温银浆的粘稠性使得制成的栅线线宽较宽，更细的栅线光学损失更小。

降本端：使用铜代替银能有效降低金属化成本。电镀铜短期内量产成本0.12元/W，预计远期成本可以降至0.08元/W左右，大幅低于丝网印刷成本。

我们估计当前电镀药水/掩膜材料/设备折旧/运行费用为0.03/0.03/0.02/0.04元/w，据我们测算，未来随着设备产能增加、材料成本下降，预计成本还有接近50%的下降空间。

目前铜电镀尚处于产业化导入阶段，部分领先设备已在下游有验证。

2.3.4 0BB：降银1/3，蓄势待发

0BB能够降低1/3的银耗。0BB即无主栅威廉希尔官方网站 ，在电池片中取消了主栅，采用互联焊带与电池辅栅相连。目前主流HJT玩家银耗已降至18mg/W左右，其中主栅8mg，副栅10mg，0BB后银耗将进一步下降至12mg/W。

2.3.5激光转印、钢板印刷：新兴金属化威廉希尔官方网站

激光转印、钢板印刷可以解决传统丝网印刷存在的缺陷。传统丝网印刷存在印刷速度低、容易堵网、栅线过宽等问题，因此设备厂商都在尝试使用更适合HJT的印刷威廉希尔官方网站 ，目前具有代表性的主要包括激光转印威廉希尔官方网站 和钢板印刷威廉希尔官方网站 。

非接触印刷减少裂片风险，激光印刷正在验证。激光转印是一种新型的非接触式的印刷威廉希尔官方网站 ，原理是通过降低栅线宽度以达到缩减银耗量的目的。而HJT电池栅线宽度大，银耗量高，预计该威廉希尔官方网站 在HJT电池上带来的银耗量减少效果会更加显著。HJT电池目前采用丝网印刷的线宽约40 um，激光转印有望做到22 um，并实现更均匀、更细的栅线；另外，传统挤压式印刷下硅片过薄容易破碎，而使用非接触式的激光转印有助于硅片减薄。

钢板印刷有望取代丝网印刷成降低银耗新路线。与传统丝网印刷相比，钢板印刷采用平整、超强材质的合金钢片为原材料，较丝网印刷的钢丝+PI结构具有更高的稳定性和更长的使用寿命。同时，钢板印刷的细栅部分是100%的无遮挡结构，克服了丝网印刷威廉希尔官方网站 下栅线高低起伏、不均匀的问题，从而提高电学性能。

2.4降本之非硅成本#2：靶材降本多管齐下，少铟化是核心目标

设备优化+回收+叠层设计助力少铟化。目前市场主流制备TCO薄膜的路线为PVD，使用的靶材为ITO和AZO。在设备端，通过优化载板设计和磁场设计，可把铟耗量降低至20mg/W；其次，生产过程中PVD挡板、托盘中也会残留ITO，回收利用该部分ITO的成本约250-900元/kg，远低于原生铟的成本650-1000元/kg；ITO+AZO叠层设计可实现效率相当情况下铟用量降低50%。

2.5降本之非硅成本#3：设备投资额未来仍有下降空间

设备国产化进程加速，未来有望降至2.5-3亿元/GW。在2019年之前，HJT设备未能实现国产化，主要依赖进口，成本约为10~20亿元/GW。2019年后内厂商开始推进设备国产化替代进程，目前国内设备龙头企业均已具备HJT整线设备供应能力，单GW投资金额由早期的10亿元以上下降到现在的3.5-4亿元，设备产能也提升至单台500-600MW。据Solarzoom预计，随着核心零部件国产化（如真空泵、电源国产化等）降价，以及设备产能提升进一步摊薄成本，24年HJT整线设备成本有望降至2.5-3亿元/GW。

03HJT尚受成本限制，多路径降本后产业化将至

3.1 HJT目前成本仍较高，多因素持续推进降本

提效降本持续推进，预计23年组件端成本打平PERC。由于HJT银浆成本、设备折旧、靶材成本较高，我们测算当前时点HJT电池端非硅成本0.33元/w，电池端成本较PERC高出接近0.2元/w。当前时点HJT尚不具备经济性，短期内仍将以降本提效为突破口，目前进展较快的包括双面微晶、转光膜、120um-130um薄硅片、0BB等，随着这些手段陆续导入，我们预计23年HJT组件端成本将打平PERC，具体降本增效进展包括：

1） 当前单面微晶提效0.5-0.6pct，双面微晶可再提效0.3pct，随着后续工艺优化，双面微晶仍有进一步提效空间。

2） 硅片减薄至120-130um，目前金刚光伏的吴江产线已全面量产使用130 um硅片，同时下一步目标是120um硅片的导入，根据我们测算，硅片厚度每下降10um，单瓦硅耗降低约0.1g/w；

3） 当前主流玩家银耗18mg/W（主栅8+副栅10），0BB后耗量有望下降至12mg/W，按银价6500元/kg测算，浆料成本将降至7分/W；

4）转光膜可提升组件功率1.5%-2%。

3.2经济性限制短期产能投放，大量规划产能待落地

由于22年HJT尚不具备经济性，故22全年落地产能仅11GW左右。随着薄硅片+银包铜+0BB+微晶化等降本提效工艺导入，HJT经济性逐步凸显，各路玩家纷纷入局，我们预计23年HJT新增产能将达60GW以上，23年全行业产出20GW。

钙钛矿是第三代太阳能电池的佼佼者，自2009年问世以来，仅用十多年时间实验室效率便突破至25%以上，直逼晶硅电池，具备较大的产业化潜力。当前钙钛矿处于从0到1阶段，威廉希尔官方网站 路线尚未定型。我们分析了钙钛矿的四大优势，以及产业化仍需解决的两大挑战，并对钙钛矿提效降本空间进行预测。

我们认为，从业绩释放顺序看，新威廉希尔官方网站 发展初期设备商有望最先受益，国内设备商已陆续完成出货交付，其次是TCO玻璃/POE胶膜等辅材厂商，最后是电池厂，24-25年钙钛矿电池能够低成本大规模量产后，领先电池厂将享有超额收益。从发展可预见性看，短期辅材确定性最高，中期设备商由于威廉希尔官方网站 路径未定风险机遇并存，长期看电池厂掌握know how，同时布局电池+整线设备的玩家最具投资价值。

钙钛矿：极具潜力的新一代光伏威廉希尔官方网站

钙钛矿及钙钛矿电池

钙钛矿指一类陶瓷氧化物柔性材料，呈现立方体晶形。钙钛矿光伏材料分子式为ABX3，A位离子为大半径阳离子，B位离子为小半径阳离子，X位离子为卤素阴离子。当太阳光照在钙钛矿材料上时，太阳光强度大于禁带宽度时，钙钛矿吸收光子产生电子-空穴对。被激发的电子从价带跃迁到导带上流向电子传输层，空穴流向空穴传输层，电子与空穴流动起来形成外部电流，实现光能向电能的转换。

钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells），即利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于薄膜电池的一种。

图表：钙钛矿结构示意图

资料来源：reasearchgate、High Tech Campus Eindhoven

需要说明的是：光伏领域的所谓“钙钛矿”，指的是一类与钙钛矿（CaTiO3）晶体结构类似的“ABX3”化合物，钙钛矿材料不是指用狭义的“钙钛矿”做的材料，而是具有某种特定结构的材料之总称。所述“钙钛矿”，如无特殊说明，均指代这种类钙钛矿结构的光伏材料。

钙钛矿电池威廉希尔官方网站 发展历程

钙钛矿电池威廉希尔官方网站 , 2009年，日本科学家Miyasaka最早应用在染料敏化太阳电池，当时转换效率仅3.8%。后经多国科学家研发迭代，单结钙钛矿太阳能电池实验室转换效率已达25.80%（2021.10）；硅/钙钛矿叠层太阳能电池实验室转换效率达29.80%（2021.11）。

图表：钙钛矿电池转换效率发展历程

数据来源：PV-tech

钙钛矿电池的主要威廉希尔官方网站 路线

钙钛矿太阳能电池根据结构区别，可分为三条主流威廉希尔官方网站 路线：钙钛矿单结电池、四端钙钛矿/晶硅叠层电池、 两端钙钛矿/晶硅叠层电池。

图表：单结、四端、两端钙钛矿电池结构图（从左至右）

数据来源：化工仪器网、中国科学威廉希尔官方网站 大学

从产业进展来看，目前钙钛矿单结电池国内外已有数家企业进入中试阶段；四端钙钛矿/晶硅叠层电池仅有试验性的尝试，未进入中试阶段；两端钙钛矿/晶硅叠层电池英国牛津光伏进入中试阶段。

图表：单结、四端、两端钙钛矿电池的主要对比

数据来源：高瓴Insights

除上述三条主要威廉希尔官方网站 路线外，学界还在探究钙钛矿型材料适格的具体化合物（ABX3）。根据多家研报，目前，甲铵碘化铅（MAPbI3）是应用最广泛的钙钛矿吸光材料，但该化合物含铅，环境污染问题较难解决。

钙钛矿电池的优劣势

钙钛矿太阳能电池的优势：1）光电转换效率高；2）制作工艺简单，生产成本和材料成本低；3）受温度影响小。

图表：钙钛矿电池的优势

同时作为一种半透明、颜色可调的轻薄光伏材料，钙钛矿电池可刚可柔，而且弱光发电性比晶硅更好，下游企业有许多开发方向可选择。

钙钛矿太阳能电池的存在的几个关键问题：1）稳定性差；2）大面积制备难；3）环保问题。

图表：钙钛矿电池存在的关键问题

钙钛矿材料指具备化学通式ABX3的物质，其具备连续可调的带隙范围，并覆盖最佳带隙；钙钛矿光伏电池（PSCs）则是利用钙钛矿材料作为吸光材料的光伏电池，主要结构包含透明导电基底、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层和顶电极5部分。

钙钛矿电池将光能转化为电能的原理可简化为“光子进，电子出”。当光子能量高于半导体的能带间隙时，半导体材料吸收光子并产生电子-空穴对，电子-空穴对被P-I-N结的内建电场分离成自由移动的载流子（电子和空穴）。电子和空穴在电场的作用下分别被电子传输层和空穴传输层抽取并定向传输，电子向阴极移动，空穴向阳极移动，最终被两端的电极收集并输送到外部电路。

威廉希尔官方网站 路线方面，钙钛矿单结电池进展较快，已有多家企业进入中试阶段。根据钙钛矿光伏电池的结构，可分为三条主流威廉希尔官方网站 路线：钙钛矿单结电池、四端和两端钙钛矿/晶硅叠层电池。

目前，钙钛矿电池产业化发展也面临着一些难点。主要分三方面：大面积制备、稳定性、环保。

钙钛矿太阳能电池的结构

钙钛矿太阳能电池主要由五部分组成，包括透明导电基底、电子传输层（ETL）、钙钛矿吸光层、空 穴传输层（HTL）、金属电极，具体如下：

1）透明导电基底：一般采用氧化铟锡导电玻璃（ITO） 或者氟掺杂的氧化锡导电玻璃（FTO）。作为其他材料的载体，光线由此射入，将收集到的光电子传送至外电路。

2）电子传输层（ETL）：由致密TiO2和介孔TiO2两层材料组成。其中，致密TiO2用于阻止导电基底与 钙钛矿的直接接触，避免空穴向导电基底传输；介孔TiO2为钙钛矿生长提供框架与支撑，形成多孔TiO2/钙钛矿混合层，用于传输电子。

3）钙钛矿吸光层：典型代表为碘化铅甲胺（MAPbI3， MA=CH3NH3+），用于吸收太阳光产生光电子的活性材料。

4）空穴传输层（HTL）：通常使用Spiro-OMeTAD，用于提取与传输光生空穴。

5）金属电极：通过在空穴传输层外面蒸镀一层金获得，用于传输电荷并连接外电路。

图表：钙钛矿电池的结构及工作原理

数据来源：CNKI

钙钛矿电池主要制备工艺

对应钙钛矿的五层结构，电子传输层（ETL）、钙钛矿吸光层、空穴传输层（HTL）为制备工艺的核心环节，最核心环节即钙钛矿吸光层的制备。透明导电基底层可外采导电玻璃或柔性片；金属电极通常通过使用贵金属真空蒸镀获得。

图表：钙钛矿电池主要制备工艺

数据来源：中信建投

针对钙钛矿电池最核心的工艺环节（钙钛矿吸光层的制备），主要包括旋涂法以及气相法。旋涂法又称湿法，气相法又称为干法。

1）旋涂法：旋涂法工艺相对简单，为目前主流的钙钛矿吸光层制备方法。按照步骤的不同可进一步分为一步法、两步法。其中，一步法指将钙钛矿的原料全部加入溶剂中，完全溶解后形成前驱溶液，前驱体溶液旋涂于基板上，溶剂在高速旋转中挥发，溶质留在基板上结晶形成钙钛矿薄膜。两步法指，首先将PbX2溶于溶剂，旋涂在基底上成膜；然后将PbX2浸泡在溶液中或再次旋涂于基板上，与PbX2膜反应生成钙钛矿。

2）气相法：包括物理气相沉积法与化学气相沉积法。气相法适用于大面积器件的制备，同时可以避免旋涂法制备过程中有毒溶剂的使用。另一方面，由于控制前驱体的相对比例并非易事，气相法对设备性能提出较高要求，高质量膜层的制备难度较高。

图表：钙钛矿吸光层的制备工艺比较

数据来源：众能光电

钙钛矿电池制备主要设备需求

钙钛矿太阳能电池主要设备包括镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备为钙钛矿电池制备四大设备，其中，镀膜设备价值占比约50%。

从上述各设备的具体作用来说，镀膜设备主要应用于制备阳极缓冲层、阴极缓冲层、背电极；涂布设备主要应用于制备钙钛矿吸光层、晶化；激光设备主要应用于串联电池等，主要包括激光膜切与激光清边。这三大设备为钙钛矿电池核心设备。

钙钛矿设备/产线投资额经济性显著，这也是钙钛矿电池威廉希尔官方网站 备受资本市场追捧的关键之一。对比晶硅PERC电池，钙钛硅太阳能电池产线投资额仅为其约50%（5/9.6）。

图表：钙钛矿电池组件生产线设备构成

注：以协鑫光电为例。

数据来源：协鑫光电

此外，钙钛矿电池威廉希尔官方网站 下，从原材料到钙钛矿组件仅需单一工厂即可完成，流程简单、生产周期短；而现在主流的单晶硅威廉希尔官方网站 路线，是以产业链形式“硅料-硅片-电池-组件”完成组件交付，流程复杂、生产周期长。

图表：钙钛矿VS晶硅PERC电池产业链投资比较

注：以协鑫光电为例，左为单结钙钛矿产线，右为PERC产线。

数据来源：协鑫光电

目前第一代晶硅电池为行业主流，钝化发射极和背面触点（PERC）威廉希尔官方网站 为行业成熟威廉希尔官方网站 ，但提效降本空间已逐步减少，边际成本大幅升高，第一代晶硅电池代表企业为隆基绿能；第二代薄膜电池具有柔性、转换效率高的优势，但同时电池光敏层材料昂贵且设备成本高限制其大面积制备及商业化，第二代薄膜电池的代表性企业为汉能控股；第三代钙钛矿电池具备第二代薄膜电池效率提升速率快、成本低、材料可设计性强的优势，同时有望弥补第二代面临的量产表现与理论优势条件差距大的问题。

钙钛矿材料的优异光电特性

广义钙钛矿材料是指具有ABX3型化学组成的化合物，具有立方对称性，B原子与6个X原子构成八面体结构，A原子被共享顶点的8个八面体骨架包围，在范德华力作用下保持结构稳定。其中A代表有机阳离子；B代表二价金属阳离子；X代表卤素阴离子，A、B、X离子涉及到的元素自然界储量大，且价格低廉。

钙钛矿材料具有以下特性：（1）材料的高度可设计性，通过调整A、B、X的成分及含量可获得不同钙钛矿材料，进而实现钙钛矿带隙与能带结构的移动（1.18-3.02eV），可覆盖最佳带隙。（2）优异的光捕获效率，百纳米厚度钙钛矿材料对可见光吸收系数可达到105cm-1；（3）较浅的缺陷能级，无论制备条件如何，立方相钙钛矿材料较难出现高浓度非辐射电子-空穴复合中心，对材料纯净度要求低。

（图源：协鑫光电）

钙钛矿电池结构及原理

钙钛矿电池工作原理主要包括：（1）载流子的产生与分离；（2）载流子扩散；（3）载流子的传输；（4）载流子被电极收集。单结钙钛矿电池结构为p-i-n结构，主要由5层结构组成：透明电极、电子传输层（ETL）、钙钛矿光敏层、空穴传输层（HTL）、金属电极。

根据电池结构，钙钛矿电池可以分为3种：平面正式结构、平面反式结构和介孔结构。

平面正式结构研究历史最久，研究者最多，目前光电转化效率最高，但由于其电子传输层材料需要高温烧结，限制了柔性基底的选择；

平面反式结构具有制备工艺简单、适合制作叠层电池等优势，但目前光电转化效率较平面正式结构略低，此方向布局公司包括协鑫光电、极电光能、无锡众能；

介孔结构电池优势为具备高稳定性，但由于缺少空穴传输层电池效率或受限制，此方向布局公司为万度光能。

钙钛矿叠层电池

叠层电池能够超过单结电池的肖克利-奎塞尔效率极限，并且基于钙钛矿材料带隙可设计调节的特性，吸收光波段范围更广的叠层电池引发了更多的关注。一般情况下，底层电池为宽带隙钙钛矿电池，用于吸收高能量光子；顶部电池为窄带隙钙钛矿电池，吸收低能量光子。

（图源：Science，左为两端口叠层，右为四端口叠层）

目前研究最多的叠层结构主要有钙钛矿-硅叠层和钙钛矿-钙钛矿叠层，其中从国内厂商的专利布局来看，钙钛矿-异质结电池是未来的产业化方向，这主要是由于异质结电池对短波段的光吸收较差，与钙钛矿叠层效率会有较大提升，并且具有天然复合层，结构上更适合制作叠层电池。

钛矿电池的低稳定性主要是由于钙钛矿电池材料的化学不稳定性，电池运行过程中，正负极之间存在电势差，碘离子在电场中发生迁移而使钙钛矿材料结构而发生改变。并且，钙钛矿光敏材料在水汽条件下易降解，而使钙钛矿电池光电转化效率大幅降低，因此钙钛矿电池对封装工艺要求更高。

钙钛矿电池稳定性影响因素

钙钛矿薄膜的均匀大面积生产是影响钙钛矿电池产业化应用的另一主要因素，而目前生产大面积钙钛矿薄膜面临的主要问题是薄膜的均匀性、钙钛矿层的缺陷、透明电极的电阻。目前钙钛矿薄膜大面积生产工艺包括狭缝涂覆法、刮刀涂布法、丝网印刷法、喷涂法、气相沉积法等，其中狭缝涂布法是目前的主流选择。

钙钛矿电池光敏层材料中含有铅离子，且在水汽条件下，有可能分解产生碘化铅固体，一方面，需要高效的电池封装工艺避免铅泄露；另一方面，研究者们正在研发无铅钙钛矿电池。

钙钛矿光电转换效率天花板高，规模化降本优势明显

钙钛矿光伏是第三代光伏威廉希尔官方网站 的代表之一。光伏产业发展至今，其威廉希尔官方网站 路线可分为三代。第一代是以单晶硅、多晶硅为代表的晶硅光伏。第二代是以非晶硅、碲化镉（CdTe）、铜铟镓硒（CIGS）和砷化镓（GaAs）为代表的薄膜光伏。而第三代则是以染料敏化太阳能电池（DSSCs）、有机光伏（OPV）、量子点太阳能电池（QDSCs）和钙钛矿太阳能电池（PSCs）等为代表的新兴光伏威廉希尔官方网站 。这些新兴威廉希尔官方网站 尚未大批量进入市场，但因低成本、低能耗、质轻和制造灵活等优点广受关注。

钙钛矿电池的理论转换效率天花板相对晶硅电池较高，未来提升潜力大。目前，主流光伏晶硅电池的光电转换效率已接近天花板，晶硅组件的实验室最高转换效率为26.7%，量产转换效率约为23-25%，理论转换效率上限为29.3%；而钙钛矿单结电池的实验室光电转化效率为25.7%，理论转换效率可以达到33%，钙钛矿叠层电池的理论转换效率更达到45%，具有较高的天花板。预计未来伴随钙钛矿威廉希尔官方网站 的逐步成熟，钙钛矿电池的光电转换效率具备较高的提升空间。

钙钛矿光伏产业链较晶硅光伏显著缩短，原材料到组件仅需45分钟。据协鑫纳米，100兆瓦的钙钛矿单一工厂，从玻璃、胶膜、靶材、化工原料进入，到组件成型，总共只需45分钟。而对于晶硅来说，硅料、硅片、电池、组件需要四个以上不同工厂生产加工，一片组件完工大概需要三天以上的时间，用时差异大。

钙钛矿电池产线建设具备规模化降本优势。钙钛矿不同规模产能的成本差异较大，随着产线产能的提高，平均建设成本将显著降低。以纤纳光电为例，其目前运行的20MW产线投资额为5050万元，新建的100MW产线投资额为1.21亿元，产能提升至原先5倍，投资额仅提升至原投资额的2.4倍，产线建设总成本具备显著的规模化降本效应。

钙钛矿电池潜力较大，威廉希尔官方网站 路线百花齐放

晶硅电池实验室效率已逐渐接近理论极限29.4%，未来进步空间有限。第二代薄膜电池尽管理论上性价比较高，但量产效率和成本均表现不佳。钙钛矿是第三代太阳能电池的佼佼者，自2009年问世以来，仅用十多年时间实验室效率便突破至25%以上，直逼晶硅电池，具备较大的产业化潜力。当前钙钛矿处于从0到1阶段，威廉希尔官方网站 路线尚未定型，设备、材料、工艺百花齐放，多路径共存，不同路径都有跑通的可能。近两年来钙钛矿产业化进程明显加速，已有多个百兆瓦级产线投产，GW级产线亦有望于近两年陆续落地。

较晶硅存在四大优势，但产业化仍需解决大面积备制与稳定性两大挑战

相较晶硅电池，钙钛矿带隙可调整、材料耗量低、纯度要求低、弱光效应好且具备柔性制造能力，因此具有理论效率更高、理论成本更低、发电量更高、应用场景更广四大优势。但钙钛矿产业化仍有两大痛点需要解决，即大面积备制效率降低以及稳定性较差，各厂商从设备、工艺、配方多种维度出发，提出优化结晶、钝化缺陷、加强封装、材料改性等多种思路，解决方案已初现雏形，待该两大痛点解决后，钙钛矿成长空间将进一步打开。

钙钛矿降本增效空间较大，未来空间星辰大海

钙钛矿降本增效空间较晶硅更大。

提效端，单结钙钛矿理论效率33%，远高于晶硅的29.4%，目前主流大面积产线单结效率在15%左右，尚有较大提升空间，短期内界面工程、材料改性等多路径并行提效，长期看，叠层将进一步打开效率天花板，双结/三结理论效率高达45%/49%，产业端已有企业开始布局。

降本端，我们预计钙钛矿极限成本可降至0.6-0.7元/W，为晶硅极限成本的60-70%。

当钙钛矿效率达到18%，寿命15年时LCOE即可基本打平晶硅，大规模量产将开始具备商业化条件。远期钙钛矿效率达到25%，寿命15年时LCOE将降至0.24元/W左右，较晶硅更优。

关注从0到1投资机会

钙钛矿目前尚处于从0到1阶段，但产业化进展明显加速，预计今年将有接近1GW的中试线扩产，爬产顺利情况下，头部参与者有望于今年启动GW级产线招标，24-25年有望看到多条GW级产线落地。

从业绩释放顺序看，新威廉希尔官方网站 发展初期设备商有望最先受益，国内设备商已陆续完成出货交付，其次是TCO玻璃/POE胶膜等辅材厂商，最后是电池厂，24-25年钙钛矿电池能够低成本大规模量产后，领先电池厂将享有超额收益。

从发展可预见性看，短期辅材确定性最高，中期设备商由于威廉希尔官方网站 路径未定风险机遇并存，长期看电池厂掌握know how，同时布局电池+整线设备的玩家最具投资价值。

钙钛矿：第三代电池佼佼者，产业化潜力较大

钙钛矿十年时间效率直逼晶硅，发展前景广阔

太阳能电池是一种利用光生伏特效应使得太阳能转化为电能的半导体器件。在数十年间，太阳能电池的发展已进入到了第三代，种类也得到了极大的丰富。其中，第一代电池主要为晶硅太阳能电池，是目前威廉希尔官方网站 最为成熟、商业化最为成功的太阳能电池，但仍存在着制备工艺复杂、对硅料纯度要求较高等问题；第二代为化学薄膜太阳能电池，主要以CdTe、GaAs、CIGS为代表。与晶硅电池相比，这类电池所需材料少，成本低而且转化效率高，已经逐步进入到商业化的进程中，但其活性层具有部分稀有元素与重金属元素，价格昂贵，难以应用于大规模生产；第三代为新型薄膜太阳能电池，如钙钛矿太阳能电池（PSCs），染料敏化太阳能电池（DSSC），有机太阳能电池（OSC）等。它们具有生产工艺简单、原料储量丰富、生产成本低等优势，在效率提升和降本等方面均具备较大潜力，受到全球学术界和产业界的广泛关注。

钙钛矿物质的化学通式为ABX3，正八面体结构。在太阳能电池的应用中，A为单价阳离子，通常为甲胺阳离子(MA+，CH3NH3+)、Cs+或甲脒阳离子(FA+，(NH2)2CH+)，X为卤素阴离子(Cl-、Br-、I-)，B包括Pb2+、Sn2+、Bi2+等。

晶硅实验室效率陷入瓶颈，钙钛矿实验室效率十余年间超越晶硅。晶硅电池效率在1970年代达到了13%、14%，2017年后停留在26.7%。而钙钛矿最早在2009年由日本科学家首次用于发电，转换效率仅3.8%。2012年，牛津大学的Henry Snaith发现钙钛矿可以用作太阳能电池的主要成分，而不仅仅是用作敏化剂，由此太阳能光伏研究领域正式开始使用合成钙钛矿。经过10余年发展，单结钙钛矿电池的实验室效率已达25.6%，接近由隆基22年11月创造的HJT晶硅电池26.8%的实验室效率纪录。单结钙钛矿电池理论转化效率可达33%，高于晶硅电池极限效率29.4%。

结构多样，材料体系尚未定型

主流结构分为介孔、正式平面、反式平面

钙钛矿电池由多个功能层堆叠形成，其结构大致可分为三类：介孔结构、正式平面结构和反式平面结构，其中：

1）介孔结构是最早诞生的钙钛矿电池结构，其主要特点在于采用二氧化钛作为介孔骨架，实现电子的转移运输，具有成膜均匀光滑、光电转换效果好等优点。然而，介孔结构往往需要进行高温烧结，不利于大规模量产和柔性器件的制备；

2）正式平面结构与介孔结构较为类似，但不存在介孔电子传输层，减少了高温烧结二氧化钛的过程，制备工艺更为简单，且相较介孔结构能获得更高的开路电压。但由于缺失介孔层，正式平面结构的电池对空间电场的分散能力更弱，因此转化效率略逊色于介孔结构。另外，正式平面结构往往使用湿度、热稳定性较差的有机空穴传输层，影响了电池的稳定性。

3）反式平面结构的基本组成依次为TCO玻璃、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和金属电极，其电荷的流向与正式结构不同，空穴流向导电玻璃、电子则流向金属对电极。反式结构还具有制备工艺简单、成膜温度更低、与叠层电池器件结构的兼容性好等优点，是钙钛矿电池厂商产业化过程中采用的主流结构，但光电转换效率相较正式结构仍具有与一定差距。

材料体系尚未定型，不同膜层均有多种选择

TCO导电玻璃：产业上常用的TCO导电玻璃分为ITO、FTO和AZO玻璃三类，分别采用In2O3、SnO2和ZnO作为靶材。ITO具有电导率高、透过率高等优点，曾广泛应用于光伏领域，但产业对光吸收性能要求趋严，使得TCO玻璃必须具备增强光散射的能力，而ITO很难实现这一要求，因此逐渐被FTO所取代。FTO的导电性能与ITO相比稍显逊色，但具有成本低、膜层硬、光学性能适宜等优点，目前是应用于光伏玻璃领域的主流产品。AZO的光电性能与ITO相近，且AZO原材料简单易得，生产成本低，在未来产业化的进程中具备重大潜力。

电子传输层（ETL）：产业端常用的电子传输层材料包括金属氧化物、有机小分子和复合材料，其中金属氧化物有二氧化钛(TiO2)和二氧化锡(SnO2)，有机小分子主要为富勒烯及其衍生物，复合材料包括通过绝缘材料框架与TiO2构成复合材料如TiO2/Al2O3、掺杂其他元素如钇的石墨烯/TiO2纳米颗粒复合材料。二氧化钛是最早且应用最为广泛的电子传输层材料，主要得益于二氧化钛与钙钛矿的能级较为匹配，能够有效实现电子传输并阻挡空穴，而且价格较为便宜，但TiO2制备过程中往往需要进行500℃以上的高温烧结以提升传输性能，这一过程制约了TiO2在柔性衬底上的应用和其产业化的进程。SnO2电导率和载流子迁移率较高，且制备温度较低，是较为理想的电子传输层材料。因此目前SnO2被产业界广泛研究，以期在产业化进程中实现对TiO2的替代。

钙钛矿吸光层：吸光层采用的材料一般为有机-无机混合钙钛矿化合物前驱液，目前主流工艺多采用MAPbI3等。钙钛矿电池的原材料储备极为丰富，且配制前驱体溶液不含复杂工艺，对试剂纯度要求不高。

空穴传输层（HTL）：空穴传输层材料可分为有机材料和无机材料两大类。最常用的有机材料是Spiro-OMeTAD、PTAA、PEDOT:PSS等。然而有机空穴材料合成复杂，价格昂贵，主要为实验室使用，且PEDOT:PSS等部分材料还具有酸性和吸湿性，会使得钙钛矿的吸光层材料衰减加速。产业端多采用无机材料来代替有机材料，以提升电池寿命、降低生产成本。常用的无机空穴材料包括Cu2O、CuI、CuSCN、NiOx等。无机空穴传输层还具有稳定性好、空穴迁移率高、光学带隙宽等优势，但目前HTL采用无机材料时，钙钛矿电池的效率表现不及使用有机空穴传输材料。

电极层：产业端多采用铜、银等金属电极，或金属氧化物等作为电极层材料，碳电极也在尝试中。

备制路径百花齐放，主流方法包括涂布/RPD/蒸镀/磁控溅射

以反式平面结构为例，钙钛矿的工艺流程大体包括如下步骤，其中钙钛矿膜层备制难度最高，钙钛矿/HTL/ETL层备制均存在不同威廉希尔官方网站 路线：顶电极ITO/FTO玻璃入线→激光刻蚀→清洗→制备空穴传输层→退火/干燥→制备钙钛矿吸光层→退火烘干→制备电子传输层→退火/干燥→激光刻蚀→制备电池层→激光刻蚀→激光清边→测试分拣→封装。

钙钛矿吸光层制备工艺：实验室一般为旋涂，产业界以涂布为主流

钙钛矿吸光层的制备威廉希尔官方网站 百花齐放，大致可分为五大类，分别为(1)溶液涂布法：具体包含有刮刀涂布法、狭缝涂布法和丝网印刷法；(2)旋涂法：具体可分为一步旋涂法和两步旋涂法；(3)喷涂法和喷墨打印法；(4)软膜覆盖法；(5)气相沉积法。

电子传输层&空穴传输层&电极层备制存在较多选择路径

透明导电基底往往从玻璃厂商处直接采购获得，而后企业再对其进行刻蚀处理等以完成后续功能层制备。电子传输层沉积和空穴传输层沉积的威廉希尔官方网站 路线较为相似，基本包含PVD（包含磁控溅射和蒸镀法）、反应等离子沉积(RPD)和狭缝涂布三大类，电极层则主要使用PVD威廉希尔官方网站 。目前，工业界制备钙钛矿电池的主流路线包括PVD→PVD→狭缝涂布→RPD (或PVD) → PVD、PVD→狭缝涂布→狭缝涂布→狭缝涂布→PVD和PVD→PVD→气相沉积→PVD→PVD三大类，不同路径均有各自优缺点，尚未形成统一威廉希尔官方网站 路径。

激光：将大尺寸组件划片成小尺寸电池串联，四道工序，暂不存在路线分歧

钙钛矿电池制备过程中，还需利用激光设备对电池进行激光刻蚀和激光清边。激光刻蚀的主要目的是使用激光划线打开膜层，阻断导通，从而形成单独的模块、实现电池分片，主要用于P1、P2和P3层。通常情况下P1为FTO导电玻璃，P2层是钙钛矿吸光层，P3则一般是镀金或者镀银材料。在进行激光刻蚀的过程中，一般需保证激光刻蚀线宽与刻蚀线间距精确度，并且不会对之前的层级造成损伤。P4层则主要利用激光设备实现激光清边，对电池的边缘进行绝缘处理，去除无效区域。

封装工艺与晶硅相似度较高

钙钛矿封装工艺与晶硅相似度较高，主要流程为层压，封装核心辅材为POE胶膜与丁基胶。以协鑫光电为例，协鑫采用了包含两个封装层的封装工艺，具体流程为：

(1)首先，需要先在钙钛矿太阳能电池的外周表面制备1nm 1000nm的第一封装层。第一封装层由致密的金属化合物沉积而形成，用于阻隔钙钛矿电池与外界进行物质交换。金属化合物可以选择Al2O3、TiO2、SnO2、ZnO、ZnS等，制备则可以采用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)中的任意一种工艺。

(2)随后，再在第一封装层的表面施加热熔胶形成第二封装层，材质可使用POE膜，厚度为100μm 2mm。

(3)最后，采用层压机使得热熔胶膜与第一封装层和背板粘结在一起，最终形成钙钛矿电池组件完整的封装结构。

设备、电池、辅材是钙钛矿产业链投资核心环节

钙钛矿电池上游主要包括原材料和设备两部分，其中，原材料有钙钛矿材料、TCO导电玻璃、胶膜以及光伏玻璃；产业链中游则是众多钙钛矿电池厂商，协鑫光电、纤纳光电和极电光能等龙头企业的产业化进度领先；下游则可应用于光伏产业、LED、BIPV等众多领域。

从各功能层的生产需求而言，钙钛矿产线所需设备大致有真空设备、涂布设备及激光设备三大类。其中，真空设备包括磁控溅射仪、反应式等离子体镀膜设备（RPD）设备和蒸镀机，涂布设备主要用于钙钛矿吸光层的制备，激光设备则主要用于对电池进行激光刻蚀和激光清边。

钙钛矿电池具备多优势，但仍有两大挑战需解决

理论效率更高、理论成本更低、发电量更高、应用场景更广

相较晶硅，钙钛矿具理论效率更高、理论成本更低、发电量更高、应用场景更广四大优势。

优势一 极限效率高

钙钛矿电池的极限转换效率高于传统晶硅太阳能电池，这主要得益于钙钛矿材料的禁带宽度与最优带隙的区间极为接近。此外，钙钛矿材料带隙宽度连续可控，使其便于与晶硅电池制成高效叠层器件，可进一步打开理论转化效率的天花板。

(1)禁带宽度适宜：单结太阳能电池吸光层材料的最优带隙区间为1.3-1.5eV，而MAPbI3、FAPbI3等常用钙钛矿材料的禁带宽度在1.5-1.6eV的区间内，理论转化效率均可超过30%。

(2)材料带隙宽度连续可控：A、B、X含量不同可获得不同组分的钙钛矿材料，相应材料的带隙和能级分布也会产生差异。若对钙钛矿的A、B、X位进行组分调控，可将带隙宽度在1.17-2.8eV内做到连续可控。带隙的大小决定了电池吸收光子的能量范围，因此可调的带隙宽度为钙钛矿和晶硅电池叠层器件的制备提供了多种选择，利于实现两者吸收光谱的互补，光电转换效率最高可达 47%。

(3)钙钛矿电池效率直接等同于组件功率。目前TOPCon电池片的量产效率大约为25%，但是封装成组件效率后的效率一般为22%左右，具有2%-3%的组件效率损失（CTM Loss），而钙钛矿电池则没有CTM Loss，电池片效率直接可比组件功率，在产业化进程中具有显著优势。

优势二 成本低

相较于传统晶硅电池，钙钛矿电池具有显著的成本优势，主要体现在初始投资额、材料成本与能耗成本三大方面。

(1)初始投资额低：待威廉希尔官方网站 成熟后，5-10GW钙钛矿电池的设备投资金额约为5-6亿元/GW，是晶硅电池的整套产业链设备成本的1/2左右。

(2)材料成本低：钙钛矿材料具备优异的光吸收能力，光吸收系数达105的量级，因此原材料用量低，电池吸光层的厚度很薄，在材料成本方面具备优势。钙钛矿吸光层的厚度大约为400nm左右，与除玻璃外的其他功能层合计厚度约为1um，而晶硅电池中的硅片厚度通常为150um。

(3)能耗成本低：钙钛矿电池的制备对原材料纯度要求较低，通常90%左右纯度的原材料即可制造出效率在20%以上的钙钛矿电池。而晶硅电池对材料纯度要求极高，需要达到99.9999%以上，这使得钙钛矿电池不需要和晶硅电池一样进行高温提纯的步骤，从而有效减低了能耗。据我们测算，晶硅的制造能耗约为0.31 KWh/W，而钙钛矿组件的制造能耗仅为0.12KWh/W。

优势三 发电量高

(1)抗衰减性强，无PID、LID效应：PID和LID效应是造成晶硅电池效率衰减的重要原因，其中，PID效应主要由于钠离子在电场影响下向电池片表面移动并富集而造成，LID效应则来源于硼元素的扩散，这些杂质的扩散往往是百万分之一级别的。钙钛矿材料对杂质的容忍度显著优于晶硅材料，百万分之一级别的杂质的形成和扩散并不会显著影响钙钛矿电池的发电性能，因此，钙钛矿电池具有良好的抗衰减性。光电数据表明，在实验室层面，钙钛矿电池可实现9000小时连续工作而无衰减，晶硅电池则在工作1000小时左右就会出现衰减现象。

(2)低热斑效应、低温度系数：钙钛矿电池还具有低热斑效应、低温度系数的特点，相较传统晶硅电池而言在高温环境下的能耗损失更少，组件的输出性能更佳。

(3)弱光效应好：早上5点-晚上9点钙钛矿电池均可发电，阴雨天也能有较好的发电效果。

优势四 轻薄美观，应用场景丰富

BIPV（光伏建筑一体化）是一种将光伏发电设备集成到建筑上的专业威廉希尔官方网站 ，既实现了可再生能源的应用，又降低了建筑能耗。但BIPV组件较为追求外观设计、且需要具备较好的透明度，这恰恰是晶硅电池的劣势所在。而钙钛矿材料具有轻薄美观、安装便利、颜色可调等优点，因此可制成均匀柔和的透光、彩色玻璃，实现光伏组件的实用性与建筑设施的美学完美融合，是目前BIPV材料的最优解。

产业化尚存在大面积效率低、稳定性差两大疑虑，部分问题已有解决方案

尽管钙钛矿电池的上述优势已经得到了业内的广泛认可，但其产业化进程中仍存在着两大痛点亟待解决，即大面积备制效率降低、稳定性较差。目前产业端已出现多种解决思路，部分问题已有解决之道。

产业化疑虑#1：大面积效率低

钙钛矿在备制大面积效率损失严重，主要有两个原因：1）钙钛矿薄膜本身在大面积制备时工艺不成熟不够均匀导致成膜质量差，效率下降；2）大面积薄膜组件进行激光划线后产生的电阻损耗、并产生死区。

针对大面积效率低的问题，主要从工艺、设备两方面解决，目前业界已形成了初步的解决方案。

大面积备制钙钛矿层主要采用狭缝涂布和蒸镀两种方式，差别在于成本和成膜质量之间权衡：

1）狭缝涂布法可以理解为两步，第一步是涂布溶液，需要保证涂布溶液物理上的均匀性，该步骤对涂布的工艺要求并没有超过面板行业，已有相对成熟解决方案，第二步为干燥结晶，需要保证成膜过程中的化学一致性，为涂布法核心难点所在，目前产业端主要通过风刀、红外等方式干燥结晶，但由于不同厂家配方不同，粘度、挥发性等指标也有所差异，故结晶工序需要工艺、设备、配方三大体系相适配，生产know how的积累与工艺改进仍有较大的空间。

2）真空蒸镀成膜质量较狭缝涂布更好，但是由于需要使用价格昂贵的真空设备、生产效率低、靶材利用率低，故目前生产成本较高，且随着钙钛矿配方越来越复杂，共蒸过程中对蒸发源设计、化学计量控制难度也会进一步提升。

激光划线产生电阻损耗、热损伤、死区，解决思路主要包括添加隔离层、提高设备精度、优化划线区域三大方向：

1）大面积薄膜组件需要划分后将小电池互连，但划线后也会带来损耗造成电池效率降低。目前钙钛矿分割成小电池主要采用激光划线，P1、P2、P3三道工艺划线后使得划线一侧的顶部电极连接到划线另一侧的背面电极，从而形成串联效果。但是划线后顶电极和背电极接触的地方会形成互联电阻，从而产生功率损耗，且激光划片过程中产生的热损伤也会对钙钛矿层造成一定程度破环，进而导致效率的降低。目前解决思路主要为提高激光划线精度并优化划线区域。

2） P2划线区域钙钛矿层与金属电极接触，Ag容易与钙钛矿在界面处反应生成AgI或AgBr，从而大幅度降低金属电极的电导率，增大串联电阻。目前实验室可通过添加隔离层，减少钙钛矿层与金属电极的接触可采用光刻工艺添加光刻胶隔离层，防止两者接触解决。

3）激光划线过程中会产生不能发电的死区，通过采用高精度的精光设备，可以相当程度上减少死区面积，进而提升大尺寸电池效率。

产业化疑虑#2：稳定性差

钙钛矿稳定性差由环境因素和内部因素共同影响所导致。钙钛矿的吸光层的稳定性受环境因素影响，易水解、高温易分解、温度变化下相变、光照和氧气作用下发生光致分解等。同时，吸光层还会与电荷传输层和电极材料影响。以正向结构为例，TiO2/ZnO作为电子传输层在光照下产生光生空穴催化分解吸光层；Spiro-OMeTAD作为空穴传输层易受吸光层碘离子扩散影响而电荷传输性能下降，且一般会添加少量有机盐来优化spiro-OMeTAD的导电性，例如锂盐、钴盐等，这些添加剂具有较强的吸湿性，极易造成spiro-OMeTAD的性能衰减和钙钛矿的分解。电极材料常用贵金属，但金属原子易扩散造成吸光层分解，且钙钛矿材料具有明显的离子特性，易发生离子迁移，吸光层的碘离子也会腐蚀金属电极，如银金属电极和钙钛矿层中的碘反应生成AgI。

材料、结构、工艺协同进步，提供钙钛矿稳定性破局之道。目前可从材料配方、结构优化、封装工艺加强钙钛矿器件的稳定性。封装是给器件提供最外层的保护，目前产业界普遍采用POE+丁基胶的封装方式，基本解决了外部的水氧因素导致的衰减。针对钙钛矿本身内部的不稳定，优化可以从材料和结构两个方面入手，主要包括各个膜层的材料改性、界面工程、使用复合电极等手段。

维度1：加强封装

POE胶膜+丁基胶的封装方案能有效解决水氧等外部因素导致的不稳定性。钙钛矿封装方式类似晶硅，但在材料的使用上需要采用POE胶膜+丁基胶封边的形式：

1）EVA不可能100%聚合，未聚合的单体含有羧酸可能与钙钛矿吸光层的氨基（比如甲胺中含有氨基）发生反应，故钙钛矿封装需采用POE。此外，POE阻水性远优于EVA，POE水汽透过率仅2-5g*m^2/day，大幅低于EVA的20-40g*m^2/day并有更强的紫外线稳定性。

2）丁基胶的水汽透过率比天然橡胶少了超过一个数量级，使用丁基胶进行边缘封装将进一步减少水汽入侵。据赛伍威廉希尔官方网站 实验，传统硅胶的水汽透过率为84g*m^2/day，而使用丁基胶后水汽透过率仅为0.25g*m^2/day。

维度2：材料改性

材料配方包括吸光层、电荷传输层和电极材料的改良，主要优化包括：

1）吸光层：钙钛矿吸光层较不稳定，可混合比如具有更小离子半径的Cs+，提升FA+和碘化物之间的相互作用，但提高Cs+含量会效率会有一定程度下降，需要进行权衡与优化。

2）空穴传输层：目前常用的空穴传输层有掺杂后的Spiro-OMeTAD、PEDOT:PSS。但是掺杂后的Spiro-OMeTAD吸水性强，不稳定，PEDOT:PSS价格低廉且导电性能良好，但其本身呈现弱酸性，会腐蚀基底及钙钛矿材料，影响器件稳定性。目前产业端多换无机材料，比如氧化镍，但会导致效率出现一定下降。

3）电子传输层：传统的TiO2/ZnO作为在光照下产生光生空穴催化分解吸光层。SnO2不易受光分解，且带隙宽、吸湿性低和酸容忍性好，目前SnO2应用于电子传输层已较多。

维度3：结构优化

钙钛矿电池是类三明治结构，且钙钛矿层是离子晶体，很难避免离子迁移的问题，中间的钙钛矿材料很容易受到相邻电荷传输层的影响，空穴传输层和电子传输层也分别会受到来自阳极和阴极的影响。当前主流解决思路包括两大类：

1）通过在钙钛矿电池中加入缓冲层方法，可有效降低相邻层之间的影响：解决内部稳定性需要重点解决离子迁移问题，离子迁移需要通道，目前实验室已有增加缓冲层提高器件稳定性研究，未来单独备制缓冲层是可行的发展方向，但由于额外备制膜层会增加成本，目前产业界尚未有厂商采用加入缓冲层的工序。

2）备制复合电极：Ag在界面处与钙钛矿层扩散的碘离子形成AgI，目前复合电极一般做成ITO-铜-ITO结构，ITO直接跟组件结构接触，避免出现离子移动，此外，ITO的导电性能不是很好，而通过加入铜能提升其导电性能。

03 钙钛矿降本增效空间较大，未来空间星辰大海

提效：短期多种提效路径并行，长期叠层打开效率天花板

钙钛矿电池的实验室效率和产业界效率均有较大提升空间，实验室端，单结实验室效率现在最高为25.7%，由韩国蔚山国家科学威廉希尔官方网站 研究所实现，产业端，头部钙钛矿参与者单结中试线仍在15%-16%左右，年内有望提升至18%，离钙钛矿理论效率天花板仍有较大空间。短期内，我们预计配方优化、材料改性等多种提效路径将并行，长期看，叠层是提效的终极手段，打开钙钛矿效率天花板。

短期：配方优化、材料改性、界面修饰、钝化层等提效手段齐头并进

1）配方优化。当前钙钛矿层配方尚未定性，学术界和产业界各家都在积极探索过程中，钙钛矿材料带隙随配方不同可调整，通过不断调整材料体系可以使钙钛矿层带隙向最优带隙靠拢，进而获得更高的发电效率，此外，也可以通过掺杂方式实现效率提升。

2）材料改性。以介孔结构为例，目前常用的电子传输层（c-TiO2）和介孔层（m-TiO2）的微观结构都是球形粒子，有着堆积密度高、致密性好的优点，但缺点是效率不足。因此可以引入一维结构的粒子，其导电性更好、电荷传输能力更强。

3）备制钝化层。实验室已有通过添加钝化层的方式来进行界面修饰的方案，其目的是减少界面缺陷带来的效率损失，进而提升效率。目前产业界厂商一般将钝化材料添加在钙钛矿前驱体溶液中进行钝化，随着后续对效率追求越来越高，钙钛矿GW级别大规模量产后，单独备制钝化层工艺有望于产业界也逐步导入。

长期：叠层提效是钙钛矿提效的终极手段

叠层结构是指不同光学带隙的电池进行堆叠，宽带隙电池作为顶电池吸收较高能量光子，窄带隙电池作为底电池吸收较低能量光子，实现子电池对太阳光谱分段利用。根据叠层电池的数量可分为双结、三结、四结等。目前结数最高为美国国家可再生能源实验室发布效率47.1%的六结电池（砷化镓），未来进一步优化后有望突破50%。虽然电池结数可以增多，效率可以提升，但成本增加也难以忽略，目前常规的结构是两结叠层，分为钙钛矿/钙钛矿叠层与钙钛矿/晶硅叠层两类。

两端结构简单，成本更低，工艺难点突破后更具大规模应用潜力。按照堆叠方式可分为两端和四端叠层电池。四端叠层电池由两个独立的电池堆叠，通过外电路连接，制备简单。但是，加倍的金属电极消耗和组件端工艺复杂性限制了大规模应用前景。两端叠层电池包括两个顺序制备的子电池和与二者相连的互联层，结构更加简单，电池器件和组件的制作成本更低，但是需要精巧的设计（如顶电池与底电池之间的光学耦合、制备工艺兼容性，互联层光学和电学的平衡等）才能实现高效率，备制难度较四端子更高。

当前晶硅叠钙钛矿为主流，全钙钛矿叠层主要为仁烁光能布局。

降本：降本空间较大，大规模量产后成本可降至0.6-0.7元/W，仅为晶硅极限成本的60%-70%

钙钛矿降本空间较大，5-10GW级量产线的成本有望下降至0.6-0.7元/W，仅为晶硅极限成本的60%-70%。目前钙钛矿仍处于产业化的前期，尚未量产，成本较高。但钙钛矿降本空间广阔，具体可分为材料、能动、人工等成本下降带来的直接降本与效率提升摊薄成本带来的间接降本。我们预计随着材料端、设备端、能动与人工的降本持续推进，加之效率提升带来的成本摊薄，未来5-10GW级量产线的成本有望下降至0.6-0.7元/W，进而带动下游电站LCOE降低，远期看钙钛矿LCOE将低于晶硅极限LCOE，打开光伏发电降本天花板。

直接降本：材料、能动、设备投资额均有较大下降空间

降本因素#1：TCO玻璃

TCO玻璃透光导电，FTO取代ITO成主流。钙钛矿的玻璃为TCO玻璃，主要起透光和导电作用。钙钛矿电池初期使用ITO 玻璃作为前电极，但逐渐被FTO取代。尽管FTO其导电性能比ITO略差，但具有成本低、激光刻蚀容易、光学性能适宜等优点，已成为TCO玻璃主流。

国内曾生产TCO玻璃，因薄膜势微而关停产线。在十多年前的薄膜电池浪潮中，我国玻璃厂商生产过TCO玻璃，但由于薄膜电池与晶硅电池的后续竞争中性价比落后，硅料价格下跌导致晶硅电池性价比提升，薄膜电池需求下降，TCO玻璃产量较小或产线关停。

电池厂规模化采购与TCO玻璃厂再度扩产后，预计TCO玻璃价格将出现较大下降。

1）需求端，当前钙钛矿电池商产线规模小，小批量采购价格较高，随着钙钛矿电池扩产，规模化采购后价格将下降。

2）供应端，TCO玻璃厂扩产也也会带来FTO玻璃供应量上升，价格下降。过去国内厂商有过生产TCO玻璃的经验，且根据金晶科技对玻璃产线的改造升级来看，产能扩张不是难题。随着钙钛矿的GW级别量产和产能扩张，钙钛矿厂商对FTO需求增加，吸引上游玻璃厂商入局，FTO玻璃有望实现大规模量产，最终成本将下降。

降本因素#2：材料

钙钛矿材料本身相较晶硅具有纯度要求低（纯度要求仅95%，低于晶硅的99.9999%）、材料多样可设计性强（A、B、X位均有较多选择）、吸光系数高厚度薄（吸光层厚度0.3nm，晶硅最薄120um）等优势，因此原料用量少，价格便宜，不存在晶硅原材料的紧缺问题，钙钛矿层成本占比很低。两层电荷传输层与金属电极为材料成本大头，规模化生产后材料成本有望下降，并且随着原材料的不断更换实现效率提升带来的成本摊薄和更便宜的材料体系。

降本因素#3：设备

当前设备投资额较高，预计未来成本将降至当前的1/2。目前100MW线设备投资额1.2亿元左右，即单GW投资额12亿，主要由于目前钙钛矿设备仍处于探索期，以定制化需求、试验性需求为主，设备产能也较小。单GW设备投资额约12亿中涂布设备/PVD/RPD占大头。我们预计每台涂布机/PVD设备/RPD设备/激光机的价格分别为1500/2000/3000/300万元，对应每100MW的总设备金额分别为3000/4000/3000/1200万元，价值量占比分别为25%/33%/25%/10%。

未来设备成本有望降至5-6亿/GW，较当前下降50%。

降本因素#4：能耗

低温备制工艺、低纯度要求决定钙钛矿能耗较晶硅低。钙钛矿对原料纯度要求低，且可使用低温工艺，最高温度仅150℃；而晶硅对原料纯度要求高，需要经过反复提纯，最高工艺温度达1200℃，根据我们测算，从工业硅到组件晶硅全产业链电耗约0.31 KWh/W，而钙钛矿能耗为0.12KWh/W，单瓦能耗不到晶硅的10%。电价上，目前钙钛矿工厂主要分布在东部沿海等电价较高的地区，未来规模化与搬迁至中西部低电价地区后，能耗成本将进一步下降。

间接降本：提效全面摊薄成本

效率提升带动组件成本与度电成本下降。当前钙钛矿效率15%-16%左右，根据相关厂商规划，到2023年平米级钙钛矿光伏产品将实现18%左右的效率，24年GW级别产线效率将提升至20%-22%，远期大规模量产后，效率有望提升至25%。效率提升将带来材料、能耗、设备折旧等成本的全面摊薄，我们预计100MW级产线量产后成本将控制在1.2元/W左右，1GW级在0.9元/W左右，未来产量足够大时（5-10GW量产）有望到0.7元/W以下。

钙钛矿打开光伏降本天花板，远期大规模量产后LCOE较晶硅更优

钙钛矿GW级别量产LCOE可做到与PERC持平，远期大规模量产后将全面优于PERC，我们判断钙钛矿LCOE从追平到优于晶硅可分为三个阶段。

1）阶段一：钙钛矿百兆瓦级量产后，转换效率达到18%，若组件寿命能达到15年，则钙钛矿LCOE可以基本打平PERC电站当前LCOE。

2）阶段二：晶硅电池极限成本约为1元/W，假设一体化毛利率为15%，则对应约1.2元/W左右的售价（不含税）。以PERC电池23.5%效率，组件21%功率测算，25年晶硅电站度电成本约为0.27元/W。钙钛矿GW级别量产时效率为20%，组件成本0.94元/W，假设一体化15%毛利率，则组件价格对应1.10元/W，假设钙钛矿电站寿命15年，则钙钛矿LCOE已经打平PERC电站LCOE降本极限。

3）阶段三：钙钛矿远期大规模量产后（5-10GW级别量产）成本有望降至0.67元/W，对应钙钛矿组件价格将降至0.79元/W，仅为晶硅极限的65%左右，按15年寿命计算，对应电站的LCOE为0.24元/W，低于晶硅电站LCOE降本极限。

04 从0到1进行时，2024或成钙钛矿量产元年

设备：国产厂商陆续完成出货交付

钙钛矿电池核心设备主要包括真空镀膜设备、激光设备和涂布设备。镀膜设备部分国产设备即将进入生产阶段。

电池：当前产业以百兆瓦级为主，2024或成钙钛矿量产元年

目前产线多为兆瓦级，2024有望实现GW级落地。现阶段钙钛矿威廉希尔官方网站 尚处于探索期，产能规模多为兆瓦级的中试线。2020-2021年，行业领先参与者开始了百兆瓦级中试线的建设，虽有组件陆续得以生产，但整体成品的稳定性、光电性仍需测试，生产线的工艺流程仍需不断完善。新晋参与者也纷纷加码钙钛矿新威廉希尔官方网站 ，积极推进兆瓦级中试线的建设。

钙钛矿电池产业化进程

钙钛矿电池与晶硅电池产业链的“变”与“不变”

钙钛矿电池生产流程为：玻璃清洗、P1激光划刻、沉积空穴传输层、沉积钙钛矿层、沉积电子传输层、P2激光划刻、沉积背电极、P3激光划刻、P4激光清边等。

与晶硅产业链相比，钙钛矿产业链整体与其差别较大，主要体现在（1）产业链缩短，晶硅产业链中原料提纯环节、掺杂环节、镀膜金属化环节、串焊封装流程或均将发生重大改变；（2）原材料需求改变，由于吸光材料改变，钙钛矿电池对银浆、硅料等原料无需求，同时新增电子传输层、空穴传输层等靶材需求；（3）设备需求改变，钙钛矿电池的核心生产环节为真空镀膜/溶液涂布，与目前晶硅生产设备不兼容。

钙钛矿电池与晶硅电池产业链相通之处主要体现在：（1）生产环节中层压、封装两大工艺继续沿用；（2）辅材层面，接线盒、铝边框需求不变，TCO导电玻璃需求不变，胶膜需求不变，但TCO导电玻璃和胶膜性能要求与晶硅电池不同。

钙钛矿电池——晶硅电池应用领域的多元化补充

在发展初期，钙钛矿电池因其透光性良好、弱光效率较高等优势，将与晶硅电池展开差异化竞争，率先应用到光伏建筑一体化、穿戴光伏、汽车集成光伏等领域。随着钙钛矿电池威廉希尔官方网站 发展，度电成本逐渐降低，叠层威廉希尔官方网站 逐渐成熟，未来将逐步应用到光伏分布电站和集中电站市场。

钙钛矿绕不开的叠层威廉希尔官方网站

关于钙钛矿的发现，文献记载：1839年，德国科学家Gustav Rose在俄国考察中在乌拉尔山脉发现元素组成为CaTiO₃矿物，并将其命名为"perovskite”以纪念同名的俄国地质学家，因最早被发现于钙钛矿石中的钛酸钙（CaTiO₃）化合物中而得名。

100多年来，钙钛矿得到了广泛研究并逐渐应用于多个领域，钙钛矿与光伏结缘，最早可追溯到上个世纪90年代。钙钛矿太阳能电池（perovskite solar cells）是利用全固态钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池。1999年, 日本科学家利用钙钛矿结构的稀土氧化物作为太阳能电池的光吸收涂层；2009年，日本科学家Tsutomu Miyasaka首次用钙钛矿光伏电池发电，电能转换效率为3.8%；至2021年，钙钛矿异质结电池实现了29.2%的转换效率，创造了新的世界纪录。

随着钙钛矿材料在光伏领域的研究和应用不断深入，钙钛矿具备高光吸收系数、原料丰富、成本低廉、应用场景丰富等诸多潜能优势被一一发现，钙钛矿也被认为是最具商业化前景的威廉希尔官方网站 材料之一。

尽管钙钛矿具有以上种种优势，但是钙钛矿太阳能电池稳定性提升却一直未取得关键性突破，钙钛矿材料与环境息息相关，钙钛矿中的铅容易氧化挥发，晶体遇水时则容易分解，因此，钙钛矿太阳能电池在自然环境下，其稳定性能较差、寿命短。

为了解决这一难题，科学家们进行了不懈的探索。

时至今日，光伏领域的钙钛矿研究，叠层威廉希尔官方网站 是绕不开的话题，行业普遍认为：目前的钙钛矿主流产业化研究都看重叠层电池的未来。

研究表明：通过将钙钛矿电池串联在晶硅电池表面，可以最大化利用太阳能光谱能量，获得比单纯晶硅电池或钙钛矿电池更高的光电转化效率。构建叠层电池是大幅提升电池效率的最有效途径，双结叠层电池的理论效率可达45%，远高于单结电池的S-Q（Shockley-Queisser）极限效率33%。

根据不完全统计，协鑫、隆基、晶科、天合、晶澳、阿特斯、爱旭等行业龙头企业都在积极关注钙钛矿电池威廉希尔官方网站 ，而协鑫已经建成百兆瓦钙钛矿电池基地。

钙钛矿天然契合异质结

经过不断的尝试，在众多光伏威廉希尔官方网站 路径中，科学家们发现钙钛矿天然契合异质结，两者的叠层威廉希尔官方网站 被认为是最具发展前景的组合。

异质结的结构特点，非常适合作为底电池同钙钛矿电池形成叠层电池。异质结太阳能电池是一种双面异质结结构的电池，可双面受光、双面发电，具有制备工艺温度低、转换效率高、高温特性好、衰减率低等优势，被认为是未来光伏行业的主流威廉希尔官方网站 。

研究成果显示，钙钛矿太阳能电池能更有效地利用高能量的紫外和蓝绿可见光，而异质结电池可以有效地利用钙钛矿材料无法吸收的红外光。因此，通过钙钛矿电池与异质结电池叠层方式组合，可以突破传统晶硅电池理论效率极限，进一步提升太阳能电池的转换效率。interwetten与威廉的赔率体系 表明，该叠层电池的转换效率可以达到40%以上。

光伏产业化历史发展进程与展望 光伏非常重要的一个因素就是非常低的度电成本，度电成本它有很多因素来决定，一个光伏电站项目当中我们可以看到，在整个电站系统当中，它的电池、光伏电池以及它的组件的占比来说就20%多，当然每一个项目不同，它这个会有一些具体数字的差异，但这个大体的这个量值不会有的，对电池来说它并不是整个项目成本竞争力的重要因素。如果你要提高电池效率的话，可以分摊它其他的BOS成本，我们为什么要持续的提高电池效率？因为提高电池效率是提高整个光伏电站回报率的最佳途径，这也就是为什么我们要孜孜不倦的一直做电池的新型威廉希尔官方网站 的研发，提高电池效率最重要的一个因素。



刚才说到这个光伏电池威廉希尔官方网站 很重要，光伏电池它有一个自己的一个迭代历史。我们可以看到从这张曲线上是从2010年开始，我们可以认为目前国际上主流的两种量产的光伏威廉希尔官方网站 ，基本上是这两种，第一种是晶硅电池，第二种是这个薄膜的碲化铬电池，碲化铬电池来说这个主要是由于在美国的first solar，由他们基本垄断的，他们基本上占据了全球的百分之多一半的出货量。

对晶硅电池来说，我们认为它现在是有4个阶段，第一个阶段是从这个2010年开始的，我们认为晶硅第一代的这个铝背场电池，对铝背场电池来说，直到2018年的时候，它基本上是一直在主导这个晶硅电池，目前来说基本上已经是快被淘汰了。

市场上最主流的是我们所谓的第二代的PERC电池，整个光伏行业认为它也基本上快达到极限了，因此大家都在高效的积极推进下一代第三代的这个高效光伏电池威廉希尔官方网站 ，这个里面主要有这个异质结电池威廉希尔官方网站 ，然后TOPCon电池威廉希尔官方网站 ，还有这个 IBC电池威廉希尔官方网站 ，对这三种电池威廉希尔官方网站 来说，目前来说还没有一个明确的结论，我们都可以把它认为是第三代，但是这第三代威廉希尔官方网站 里面他们将会逐步取代现有的这的PERC电池，它们的量产效率可能会达到一个26.5的这么一个水平。不管是异质结也好，TOPCon也好，还是 IBC也好，它们都属于晶硅电池，对于晶硅电池来说，它是存在理论极限的，也就是说它再往上的话你需要付出的成本和难度会非常的大，很难突破29.4的理论极限效率的。

我们在考虑到实际的威廉希尔官方网站 手段上，27.5是一个单节晶硅电池的一个极限。但目前来说，包括前一阵发布的最新的记录，就是整个晶硅它已经做到了26点效率所以再往上每走0.1个百分点，其实这个难度都是非常大的。因此目前大家就认为存在一个第四代的电池威廉希尔官方网站 ，也就是晶硅电池加上薄膜形成的一个叠层电池威廉希尔官方网站 ，叠层电池威廉希尔官方网站 它的理论效率可以达到43%，量产有望达到35%。

目前实际上应该上个月，然后发布的最新的记录就是瑞士的他们epfl他们是在异质结和钙钛矿的电池效率已经做到了实验室的一个31.3的效率，目前从产业化方面，然后Oxford PV他们目前已经实现了这个中试线，这是整个光伏电池威廉希尔官方网站 的一个迭代历史，但目前从这个市场占有率上来看，我们刚才说认为这个目前可以大规模量产的也只有两种威廉希尔官方网站 ，一个是碲化铬，碲化铬目前来说这个市场的占有量是不到5%，另外一个就是晶硅电池，晶硅电池就包含我们刚才说的最主流的是现在第一代，第二代，他们占据了市场份额接近95，这两种电池基本上占据了整个全球光伏市场的99%的份额，这是目前的一个电池威廉希尔官方网站 的市场占有率情况。

但随着未来我们认为这个晶硅加薄膜组成的这个叠成电池威廉希尔官方网站 ，在未来有望10年之内，它可能会成为一个新的主流的电池威廉希尔官方网站 。我们刚才说到了叠层电池威廉希尔官方网站 是我们预测未来会成为一个主流的威廉希尔官方网站 ，那什么是叠层电池？叠层电池我们可以简它上面采用宽带隙的电池，来吸收太阳能中的短波长，下面的材料采用窄带隙的电池，充分利用长波长的光，这样它形成的叠层电池可以将太阳能光做到充分的利用，因此提高电池的效率。



右面的一个图就是文献上的数据，以单节的异质结电池和钙钛矿和异质结形成的这个两端叠层的一个效率演变的一个数据对比，我们可以看到这个对异质结来说，从这个2000年到2018年左右，现在最高效率做到26.7，对于钙钛矿和异质结的叠层电池，它第一篇文献的报道应该是2015年，但这张书图上的数据可能是2017年左右的，它的数据从最初的22波的效率在短短的四五年的时间发展得非常快，上面这个数据已经更新了，已经是变到了这个31.3的一个效率。所以看到这个钙钛矿和晶硅叠层的这个电池，它的这个潜力是非常大的。



我们刚才说到了这个叠层电池，叠层电池它必然涉及到有两种电池，一个是上面的顶电池，一个是下面的底电池，我们刚才也说了顶电池晶硅电池也有很几好几种威廉希尔官方网站 路线，那么下面的底电池哪一种威廉希尔官方网站 路线是最有优势？晶硅电池目前有4种，从第一代的铝背场电池到目前主流的PERC电池，还有未来我们认为它可能成为主流的一个TOPCon电池和异质结电池。

目前对于这个铝背场和PERC电池来说，我们认为它在几年时间内会慢慢的逐步退出市场，因此重点比较的是一个TOPCon电池和异质结的底电池电池，看谁来作为一个底电池会更合适。左边的这两张图可以看出来，异质结电池的电压是会稍高于这个TOPCon电池然后高于铝背场电池。



上面这个图是异质结电池的结构，下面是TOPCon电池的结构，对异质结电池的结构来说，因为它是双面对称的，我们可以看到它的前表面是一个ITO， ITO层做叠层电池的时候，可以用作叠层电池的一个隧穿层，这是它的一个优势。但是对于TOPCon来说，目前是没有合适的一层可以作为这个隧穿层的，另外对异质结电池来说，它的开压相比TOPCon来说会高20个毫伏。

但是对于TOPCon来说，由于它最上表面是一个氮化硅层，由于它的存在会导致叠层电池的制备会引入更多的步骤，另外它的开压本身相比异质结来说会稍微低一点，如果要把这个氮化硅层部分去除做隧穿的话，随着它这一层的处理，它的开路电压还会再进一步降低。

因此就从这个结构和这个本身电池的特点来说，我们认为异质结电池它更合适做叠层电池里面的底电池。 刚才说到了叠层电池的一个底电池，那么顶电池到底谁更适合？其实目前做这个叠层电池的有很多，有钙钛矿和钙钛矿的叠层，目前来说我们都知道钙钛矿电池是近10年来发展非常快速的一种电池威廉希尔官方网站 ，我们可以简单的理解，第一代是晶硅电池，第二代是薄膜电池，第三代我们统称为像钙钛矿这些是新型电池。第一代对于晶硅电池来说，主要是由于它庞大的产业链，它较高的能耗，然后使得它这个成本来说，虽然目前做的规模化很大，但是它的厚度都很大，用量也很大，但是对于第二代的薄膜电池来说，由于它采用的设备基本上都是真空的工艺，因此造成它的成本也不高。

第三代这个钙钛矿电池它能目前来说脱颖而出，吸引大家的关注。它最主要的原因有两点，第一点就是它的这个成本比较低，首先是它的高效率，就是它短短发展的十年期间，我们可以看到左左下角这一张图，晶硅用了60年的时间做到了26的这么一个效率，但是对于钙钛矿来说，其实也不过这么10年的一个时间就做到了跟晶硅60年发展的这么一个水平，这是一个高效率。所以说目前来说钙钛矿是一个增长速度非常快的一个光伏威廉希尔官方网站 。另外一个层面就是刚才说为什么薄膜电池威廉希尔官方网站 也没有去占主导地位，对于钙钛矿来说，它同样也是一种薄膜电池，但是它跟第二代薄膜电池威廉希尔官方网站 不同的，它是可以采用一个溶液法的工艺来制备，我们可以从右面这张图可以看到，对于一瓶溶液35公斤的钙钛矿，它就可以制备出100兆瓦的一个组件。

但是对于晶硅来说，它需要花费7吨的晶硅才能制备出这个100兆瓦的一个组件。所以整体来说对于钙钛矿和晶硅来相比，从材料程度上来说，钙钛矿对这个材料的纯度要求非常低，另外钙钛矿电池它的用量也非常少，更主要它的加工过程可以抛弃这个真空法的制备，可以采用这个溶液法的施法的这种印刷的方法来制备，所以它有的两个特点，一个是效率非常高，一个成本至少有希望是做到很低的成本，因此这个钙钛矿电池威廉希尔官方网站 也是大家现在被给予了厚望的一种电池威廉希尔官方网站 。

刚才说到这个钙钛矿电池是目前来说发展非常迅速的一个电池威廉希尔官方网站 ，它是不是更适合做叠层电池？这是取决于钙钛矿电池，它本身是由ABX3这样的一个结构组成的电池。 由于它是这个组份也很多，不像碲化镉是比较稳定的二元化合物，也不像是晶硅，它是非常高纯度高纯度的硅的这种元素，对于钙钛矿来说，由于它的组份可以变化，因此钙钛矿的带隙也可以是在这个1.1的2.3的电子伏特可调。

对于叠层电池来说，我们是为了两个电池做的电流匹配，然后这样需要上面的这个电池是在一个宽带隙是一个比较合适的范围，钙钛矿电池由于它这个ABX3的这么一个结构，多种元素存在这么一个特点，因此我们可以看到右边这张图里面，在橘色的这条线，也就是钙钛矿它的电池可以通过调节组份把它电池的带隙从1.2调到2.3的电子伏特里面，它甚至可以自己做顶电池，也可以自己做底电池，这一点就是它做叠层电池来说非常有优势。

刚才我们说过了就是顶电池，我们认为钙钛矿电池非常具有优势，但是钙钛矿现在也发展了有12年的历史，它的电池也有很多种结构，我们可以从中间这个虚线就最基本的结构来说，我们认为它就是一个层状的三明治结构，最中间就是一个钙钛矿的吸光层，然后它上下有两个功能层，分别为电子传输层和空穴传输层，再加上下两个电极，虽然仅仅看起来就非常简单的这么5层结构，但实际做起来的话还是很有很多种的不同，因为这个钙钛矿电池主要是从这个燃料镁化电池而来，所以它最初的研发是一个正式结构，就像我们虚线里面的这几种结，它可以做到空气传输层没有，也可以做到这个电子传输层没有，但它基本的结构是一个正式结构，也就是说钙钛矿我们首先制备的时候下面是一个IPO的透明玻璃，然后我们在这个制备顺序上下一步是做电子传输层然后上面是钙钛矿的吸光层，然后再是空穴传输层，然后才是电极，但是这个正式结构目前来说研发的比较多，目前来说现在也有个反式结构的，目前来说也是越来越多了，反式结构和正式结构的区别就是它的功能层掉一个个，钙钛矿层下面是一个空穴传输层，上面是一个电子传输层。

虽然我们从这个图片上看起来非常简单，只是两个功能层换了一个位置，但你实际当中在制备的时候，电子传输层，空穴传声层，是制备在这个 IPO玻璃上，还是需要制备在钙钛矿上面，对这两个功能层的选择，对它的制备工艺，这个是要求是非常的不一样。另外这个反式结构目前来说它的迟滞效应会比这个正式的结构会小一些。另外这个凡是由于正式结构里面就最上层的空穴传输层，我们基本上还是用的spiro体系，这种有机体系来说，目前来说它稳定性会稍差一些，但是对于这个反式结构来说，基本上用的是无机类的材料，因此整体认为这个反式结构之前的这个效率一般来说是正式结构比反式结构稍微会稍高一些，但目前随着近些年的发展，然后这个反式结构效率也有很大的突破，也基本上差不了太多了。

另外这个反式结构主要考虑到整个未来光伏电站上的应用，它的功率稳定的输出，它稳定性好的问题，所以目前来说这个反式结构未来也是在商业化的这个单节钙钛矿上基本上也比较明确了，大家都会采用这么反式结构。对于叠层电池来说，一方面也是考虑这样的原因，就是反式结构最终是要做成整个的叠层电池结构，需要它考虑它稳定的功率的输出，所以对稳定性有比较高的要求，所以我们也会选择这个反式的结构。另外一方面，我们现在是首选的是异质结电池作为底电池，目前对于底电池来说，就是硅上面是那个非晶硅薄膜，非晶硅薄膜在上面的话，我们也是采用采用的是N型的结构，因为它上下两个电池需要串联在一起，这个正负极也是需要一个匹配。所以目前来说，我们下面的异质结电池和上面的反式钙钛矿也是做到了一个很好的匹配。

刚才说到了底电池是采用异质结电池，顶电池是采用了反式钙钛矿电池，它们两如果做成叠层电池的话，从结构上来说它也还有一些不同。最主流的，我们可以有两种结构，一种就叫做四端的结构，一种叫两端的结构，四端的结构我们可以简单的理解为它其实就是上下两个顶底电池的一个单独的叠加，实际做的时候从效率上来说，这两种结构其实是没有任何区别的。但是从制备工艺上来说，四端的时候整体电池是需要单独制备的，但是对两端电池看到的一个整体，中间通过复合层来连接，从威廉希尔官方网站 难度上来说，对四端来说，制备两个电池是比较简单的。 但是最主要的难点是未来如果你在光伏电站上用的时候，你就相当于是上下各有两正级，两个负级，你和现有电站的匹配是目前来说还是存在比较大的问题的，但是对于两端叠层来说的话，虽然现在支配电池的时候，威廉希尔官方网站 难度会比较大，需要考虑光学设计，需要考去考虑电流匹配，但是在进入电站应用端的时候，整个叠层是作为一个独立的整体，所以相对来说跟电站的兼容性它会更高一些。

然后对封装上来说，这个四端叠层电池来说，对封装的要求也比较高，两端的要求会低一些，从成本上来看，然后因为四端叠层电池的话，你上面有4个电极，至少3个是透明电极，这个封装成本是比较高的。因为我们大家都知道透明电极在一个整个电池的这个里面，它的这个成本占比是比较大的，但是对于两端叠层来说的话，我们相对来说一个复合层，然后一个透明电极这个成本会相对低一些。 另外刚才说跟现有电站的兼容性来说的话，这个四端叠层跟两端来比的话，它的兼容性会更差一些。

总体评价来说四端叠层它的这个度电成本从我们这样来估算的话，它会高于这个两端这层电池，因此我们选择的是一个两端叠层电池的这么一个威廉希尔官方网站 路线。目前来说钙钛矿和硅异质结组成的一个两端叠层电池量产威廉希尔官方网站 路线，我可以认为就是一个抑制企业加上钙钛矿，对于异质结来说，我们常规的就是一个4步法，异质结它的优势也是因为它的工艺步骤非常短，清洗制溶加上非晶硅薄膜，而再加上透明电极，然后在这个时候这一步骤这个量产工序完成以后，然后集成这个钙钛矿的工艺加上这个反式钙化的工艺，然后再做完这波以后，然后我们再进行下一步的这个电极的制备，我们可以认为叠层电池的量产威廉希尔官方网站 大体是按照这样一个整个路线来走下来的，我们也可以认为它其实是异质结电池威廉希尔官方网站 的一个升级跟迭代。

从成本上分析，上面是牛津光伏他们做的一个测算，就是钙钛矿和晶硅异质结的叠层电池它的度电成本，当你做了这个100兆瓦的时候，这么规模的时候，它的这个成本度电成本然后就会低于晶硅电池，下面这个是协鑫的来自范斌博士的一个报告。然后他这里面也给了一个测算，就是对于晶硅电池和晶硅和钙钛矿的叠层来说，然后你这个组件功力和组建成本以及每瓦的成本，就是对如果晶硅单节作为是1的话，叠层电池的功率可以提升到1.22，组件成本只升高很小，组件成本只能涨到1.3块钱，那么我每瓦的成本是1块06，所以功率上升了22%，每瓦的成本却上了6%，这其实对晶硅来说是非常划算的。

第二部分：钙钛矿硅异质结叠层威廉希尔官方网站 现状及面临的挑战 刚才我们就已经选定了这个叠层电池来说，下部的是异质结电池，上部的是钙钛矿电池，然后这个是SCB和瑞士两篇文献里面大家也可以查到，对他们来说这两篇文献里面，他们采用的都是NIP的结构，这个 NIP的结构就是我们所谓的钙钛矿采用的正式结构，另外一篇比较典型的，然后这个文献也是EPFL的，然后他们这个电池下面也是异质结，上面也是钙钛矿。

它们的不同点就是它的是双面制绒底，刚才那个是一个抛光的，这一篇文献里面它异质结电池都是双面的绒面的电池，它这里采用的是一个pin结构，也就是说用的是反式的电池，这里我们可以看到它已经实现了一个19.5的一个电流密度，这一篇然后也是双面制绒的电池，但它上面是采用了一个NIP的结构，这个它做的电流密度也比较高，是19.5的一个电流密度，效率达到了27。

这一篇，然后是目前有文献报道的应该是比较最高的一篇了，这边它的不同是背面制绒，它正面是一个抛光的工艺，也是采用这个PIN的结构，它采用了一种新的空穴传输层SAM，做到了一个29.15的效率。我们刚才可以看到就是全球比较知名的应该是顶尖的几篇文章了，所以他们当年都是发表的比较顶尖的文章，然后做的比较好的几个器件，但是目前来看就是左边这个就是刚才最后一篇文献里面得过hcb的这个研究所他们这篇文章工作，他们是29.15的效率，咱们国内做的最好的应该是南开大学的27.26的效率，目前我们中央研究院目前做的是26.25的效率，就整个大的背景叠层电池威廉希尔官方网站 目前来说已经不需要再证明它威廉希尔官方网站 是否可以做到多大，是否可以超过这个理论效率。

下一步最主要的问题是如何把它从实验室来迈向这个产业化，攻克的一些产业化阶段需要面临的问题，咱们国内最高的水平以及我们现在做的工作，不管是哪一种工作，目前来说这三篇文献里面，他们这所采用的有两个问题，一个都是器件的面积比较小，都是这个平方厘米级的，另外上面的钙钛矿采用的是旋涂法的制备工艺，为了匹配旋涂工艺，它的底电池都采用了上表面一个抛光的处理，但目前来说这两点钙钛矿采用旋涂法制备和下面的硅底电池的抛光和我们工业化的现在目前来说晶硅电池的这个制备是完全相配的，所以目前我们未来的产品是什么样？

是要一个工业化制备的大面积产品，首先钙钛矿需要做到一个大面积，另外硅底电池需要是一个工业化的制备路线，而不是用一个机械抛光。 我们就认为现在目前来说，从这个叠层电池从实验室跨向这个产业化还面临三个重大的问题。第一个问题就是这个大面积制备的问题，这个问题大家都应该了解的比较清楚了，很多大面积薄膜的制备，需要去进一步攻克的问题，另外这个大面积的制备方法，需要从这个旋涂法，最终是大面积的时候是不可以再用这个旋涂的，是采用刮刀涂布还是狭缝涂布，目前来说主流的意见可能更倾向于狭缝涂布，它对于这个不太平整的表面来说它可能会更有优势。

另外一点刚才说的是第一点，未来三个挑战，第一个是钙钛矿的大面积制备的挑战，第二个是硅异质结底电池工业化的制备工艺开发，目前来说不管全球第一国内第一，还是所有实验室做的这种高效的，它都是采用最左边的这一张结构的硅底电池上具备的，也就是说它上表面是一个完全抛光完全精密的硅底电池，这种方法它的成本高，在量产上是难以接受的。

另外也有一些文献报道的是最右边这种它就是异质结它不做改变，它上下都是金字塔形状都是完全智融的，但是这样的结构是非常粗糙的，它制备底电池它的成本会很低，但是带来的困难钙钛矿可能就会用真空法来制备，或者说这个钙钛矿的制备难度会大大的增加，如果居中一些考虑的话，我们把这个底电池做这个微制绒的处理，在这种情况下成本可能是比较低的，然后钙钛矿的制备难易程度也是会比较适中的，对着目前三种底电池来说都有人做了大量的工作，但是对于未来这个产业化，我们未来认为我们自己走的路线，第二种可能性会大一些。

刚才说的这两个第二个挑战，第三个挑战就是未来这个做成一个，因为钙钛矿必须做到跟晶硅电池一样的尺寸，上面肯定是有上线的，这个电极的金属化也是未来一个问题，尤其目前这个电极金属化像这个异质结，基本上来说它也是200以内的高温，但对于你上面这个岩浆的低温浆料的开发，目前很多基本上都是进口的，国产化的进程走了其实也不是很快，所以未来对于这个上面如果再叠加钙钛矿的话，对于这个低温胶料的开发，就整个电极金属化其实也是一个比较大的课题，是需要大家一起来努力来去攻克的。

审核编辑：刘清